Barramento ISA (Industry Standard Architecture)

Slots do Barramento ISA

Historicamente, o primeiro barramento de expansão a aparecer foi o ISA. Primeiro, no PC original e no PC XT: como ambos utilizavam um processador chamado 8088, com um barramento de dados de 8 bits, o slot de expansão era igualmente de 8 bits.

É interessante notar que, na época do PC e do PC XT, o slot ISA era conectado diretamente ao barramento local do micro, já que esses computadores utilizavam processadores com baixas freqüências de operação.

 Com a introdução do micro AT da IBM, o barramento e o slot ISA aumentaram de tamanho, de forma a acompanhar as características do processador 80286.

Durante muito tempo, o ISA continuou sendo a única alternativa para os fabricantes de hardware. Basta reparar que todas as placas-mãe 386 e muitas placas-mãe 486 não têm nenhum outro tipo de slot, a não ser o ISA.

Atualmente, não é mais utilizado esse tipo de barramento.

Os processadores 8088, usados nos micros XT, comunicavam-se com os demais periféricos usando palavras binárias de 8 bits. Para o uso em conjunto com estes processadores, foi criado o ISA de 8 bits. Este barramento funciona usando palavras binárias de 8 bits e opera a uma frequência de 8 MHz, permitindo uma passagem de dados à uma velocidade de 8 Megabytes por segundo, velocidade muito mais do que suficiente para um processador lento como o 8088.

ISA de 16 bits: Os processadores 286 comunicavam-se com os demais periféricos usando palavras de 16 bits. Para acompanhar esta melhora por parte do processador, foi criada uma extensão para o barramento ISA de 8 bits, formando o ISA de 16 bits. Este barramento, assim como o processador 286, trabalha com palavras de 16 bits, à uma frequência de 8 MHz, permitindo um barramento total de 16 MB/s.

Diagrama de operação do barramento ISA em um micro Pentium

Os periféricos ISA vem sendo usados desde a época do 286, mas, na verdade, este padrão já existe desde 1981, ou seja, tem 19 anos de idade!. O ISA é um bom exemplo de padrão obsoleto que foi ficando, ficando, ficando… mesmo depois de terem sido criados barramentos muito mais rápidos, como o PCI. A verdade é que o ISA durou tanto tempo, por que o barramento de 16 Megabytes por segundo permitido por ele é suficiente para acomodar periféricos lentos como modems e placas de som, fazendo com que os fabricantes destes periféricos se acomodassem, e continuassem produzindo periféricos ISA praticamente até hoje.

Como existia uma grande demanda por parte do mercado, os fabricantes não tinham outra alternativa senão misturar slots ISA e PCI em suas placas mãe, o que servia para aumentar os custos de produção.

Com a popularização dos modems e placas de som PCI, finalmente tivemos aberto o caminho para finalmente enterrar o barramento ISA. Os lançamentos de placas mãe com slots ISA vem tornando-se cada vez mais raros.

MCA: Com o surgimento dos processadores 386, que trabalhavam usando palavras binárias de 32 bits, tornou-se necessária a criação de um barramento mais rápido que o ISA para o uso de periféricos rápidos, como placas de vídeo e discos rígidos. A IBM criou então o MCA, que funcionava com palavras de 32 bits e a uma frequência de 10 MHz, sendo 2.5 vezes mais rápido que o ISA de 16 bits.

O MCA possuía porém um pequeno inconveniente: foi patenteado pela IBM, de modo que somente ela podia usá-lo em seus computadores. Os demais fabricantes, sem outra escolha, foram obrigados a produzir micros com processadores 386, porém equipados somente com slots ISA.

Isto era um grande inconveniente, pois apesar do 386 ser um processador incrivelmente rápido para a época, acabava sendo sub-utilizado pelo lento barramento ISA, já que todos os demais componentes, como placas de vídeo e discos rígidos, eram acessados na velocidade do barramento ISA. Apesar de possuírem um processador rápido para a época (o 386), em termos de velocidade de acesso a discos e velocidade do vídeo, estes micros eram tão rápidos quanto um 286. Para quem trabalhava com o imagens, era impraticável o uso de tais computadores.

Estes micros são chamados de “AT 386” ou “AT 486”, pois apesar de utilizarem processadores 386 ou 486, utilizam o mesmo tipo de barramento utilizado pelos micros AT 286.

Apesar de trazer recursos surpreendentes para a época em que foi lançado, como o Bus Mastering e suporte ao Plug-and-Play (foi o primeiro barramento a suportar estes recursos, isso em 87), o MCA não conseguiu se popularizar devido ao seu alto custo, incompatibilidade com o ISA e, principalmente, por ser uma arquitetura fechada, caindo em desuso com o surgimento do EISA e do VLB.

EISA: Este novo barramento foi uma resposta dos demais fabricantes liderados pela Compac, ao MCA, criado e patenteado pela IBM.

Com o objetivo de ser compatível com o ISA, o EISA funciona também a 8 MHz, porém, trabalha com palavras binárias de 32 bits, totalizando 32 MB/s de barramento, sendo duas vezes mais rápido do que seu antecessor. O EISA também oferecia suporte a Bus Mastering e Plug-and-Play, com eficiência comparável à do MCA.

Uma das grandes preocupações dos fabricantes durante o desenvolvimento do EISA, foi manter a compatibilidade com o ISA. O resultado foi um slot com duas linhas de contatos, capaz de acomodar tanto placas EISA quanto placas ISA de 8 ou 16 bits.

Uma placa EISA utilizaria todos os contatos do slot, enquanto uma placa ISA utilizaria apenas a primeira camada. Naturalmente, o EISA era uma barramento suficientemente inteligente para reconhecer se a placa instalada era ISA ou EISA.

A complexidade do EISA acabou resultando em um alto custo de produção, o que dificultou sua popularização. De fato, poucas placas chegaram a ser produzidas com slots EISA, e poucas placas de expansão foram desenvolvidas para este barramento. Assim como o MCA, o EISA é atualmente um barramento morto.

VLB: Lançado em 93 pela Video Electronics Standards Association (uma associação dos principais fabricantes de placas de vídeo), o VLB é muito mais rápido que o EISA ou o MCA, sendo utilizado por placas de vídeo e controladoras de disco, as principais prejudicadas pelos barramentos lentos. Com o VLB, os discos rígidos podiam comunicar-se com o processador usando toda a sua velocidade, e se tornou possível a criação de placas de vídeo muito mais rápidas.

Como antes, existiu a preocupação de manter a compatibilidade com o ISA, de modo que os slots VLB são compostos por 3 conectores. Os dois primeiros são idênticos a um slot ISA comum, podendo ser encaixada neles uma placa ISA, sendo o 3º destinado às transferencias de dados a altas velocidades permitidas pelo VLB.

O VLB funciona na mesma frequência da placa mãe, ou seja, num 486 DX-2 50, onde a placa mãe funciona a 25 MHz, o VLB funcionará também a 25MHz. E, em uma placa de 486 DX-4 100, que funciona a 33 MHz, o VLB funcionará também a 33 MHz. Vale lembrar que o VLB é um barramento de 32 bits.

As desvantagens do VLB são a falta de suporte a Bus Mastering e a Plug-and-Play, além de uma alta taxa de utilização do processador e limitações elétricas, que permitem um máximo de 2 ou 3 slots VLB por máquina. Isto não chegava a ser uma grande limitação, pois geralmente eram utilizados apenas uma placa de vídeo e uma placa Super-IDE VLB.

Devido ao alto desempenho, baixo custo, e principalmente devido ao apoio da maioria dos fabricantes, o VLB tornou-se rapidamente um padrão de barramento para placas 486.

Como o VLB foi desenvolvido para trabalhar em conjunto com processadores 486, não chegaram a ser desenvolvidas placas para processadores Pentium equipadas com este barramento, pois a adaptação geraria grandes custos, além de problemas de incompatibilidade.

 ISA Plug-and-play

Com a utilização do barramento PCI (que é plug-and-play), os fabricantes resolveram criar um padrão Plug and Play também para o barramento ISA, que nativamente não é muito chegado a essas “modernidades”. Sendo assim, não é raro encontrarmos problemas de configuração com placas ISA plug-and-play.

 A idéia do Plug and Play é abandonar a problemática da configuração manual de um periférico, como, por exemplo, definição de níveis de interrupção, canais de DMA e endereços de I/O travessão o que normalmente é feito através de jumpers de configuração no periférico. Em placas ISA plug-and-play, não há qualquer ajuste a ser feito por parte do usuário, pois não há jumpers de configuração. Essa configuração é feita pelo sistema operacional, que ajusta o micro automaticamente, de acordo com os periféricos instalados. Em caso de problemas, especialmente conflitos, você pode fazer um ajuste do periférico problemático manualmente, dentro do sistema operacional. Ao longo do livro, veremos diversas ocasiões em que ajustes desse tipo serão necessários. No próximo tópico (Recursos) iremos falar um pouco mais sobre endereços de I/O, interrupções e canais de DMA.

 Para que o seu sistema plug-and-play funcione, há necessidade de que o seu micro seja plug-and-play e que o seu sistema operacional também (ou seja, Windows 9.x). Caso isso não ocorra, você terá de configurar “na mão” o seu periférico ISA plug-and-play. A única diferença será que, em vez de configurar a placa através de jumpers ou DIP-switches como nas placas não-plug-and-play, você irá configurá-la através de software.

 Nota: Aliás, aqui vai um lembrete importante: em inglês, as placas ISA não-plug-and-play são chamadas de Legacy ISA. Na maioria dos livros em português de autores estrangeiros (por serem muito mal traduzidos), você encontrará a expressão ISA de Legado, que não faz o menor sentido em nossa língua. A expressão Legacy ISA é utilizada ao longo do nosso Hardware Curso Completo como ISA não-plug-and-play, por ser este o sentido correto da expressão.

 Mais uma vez lembrando, esse tipo de configuração só é necessário caso seu sistema operacional não seja plug-and-play. O software de configuração é genericamente chamado ICU (ISA Configuration Utility) e normalmente vem em conjunto com o seu periférico. Na falta de um programa desse tipo, qualquer similar produz o mesmo efeito: em geral, não precisa ser do mesmo fabricante da placa, já que o barramento ISA plug-and-play é padronizado.

Barramento EISA (Extended Industry Standard Architecture)

 A utilização de um barramento proprietário foi um balde de água fria nos principais concorrentes da IBM. Outros fabricantes que quisessem construir microcomputadores compatíveis teriam de formular o seu próprio padrão; porém não havia qualquer tipo de padronização e muito menos entendimento entre os diversos fabricantes independentes.

 A Compaq foi uma das primeiras empresas a levantar sua bandeira em defesa da arquitetura aberta, compatibilidade e padronização entre os diversos fabricantes. Liderando um grupo formado pelos nove maiores fabricantes mundiais de micros de marca na época (AST, Epson, HP, NEC, Olivetti, Tandy, Wyse, Zenith e, logicamente, a própria Compaq) na tentativa de se criar um novo padrão de barramento de expansão mais rápido e com arquitetura aberta — ou seja, quem quisesse poderia utilizá-lo em seu projeto.

 O novo padrão criado por esse grupo de fabricantes chamava-se EISA (Extended lndustry Standard Architecture), totalmente compatível com o antigo ISA. O barramento EISA tem as seguintes características:

 – Barramento de dados de 32 bits.

 – Barramento de endereços de 32 bits.

 – Freqüência de operação de 8 MHz.

 O slot EISA é muito parecido com o slot ISA, pois ambos têm o mesmo tamanho. No EISA, as linhas adicionais de dados, controle e endereços, que não existiam no ISA, foram colocadas entre os contatos convencionais, fazendo com que o slot EISA fosse compatível tanto com interfaces ISA quanto.

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