S-100 шинасы: Алғашқы компьютерлік кеңейтім стандарты

Кіріспе

S 100 автобусы немесе Altair автобусы, IEEE 696 1983 (қолданудан алынған), 1974 жылы Altair 8800 компьютерінің бір бөлігі ретінде жасалған алғашқы компьютерлік шина. S 100 шинасы микрокомпьютер индустриясы үшін алғашқы стандартталған кеңейту шинасы болды. Процессор және перифериялық карталардан тұратын S 100 компьютерлерін көптеген өндірушілер шығарды. S 100 шинасы үй жасалған компьютерлердің негізін құрады, олардың құрастырушылары (мысалы, Homebrew Computer Club) CP/M және MP/M жүйелері үшін драйверлерді жасады. Бұл S 100 микрокомпьютерлері әуесқойлардың ойыншықтарынан бастап шағын бизнеске арналған жұмыс станцияларына дейін, IBM PC пайда болғанға дейін ерте үй компьютерлерінде кеңінен қолданылды.

Сәулет

S 100 шинасы – 100 контактілі басқарылмайтын тізбек тақтасының жиектеріне параллель қосылған пассивті артқы панель. CPU, жад немесе I/O интерфейсі функцияларын атқаратын схемалық карталар осы жалғауыштарға қосылады. Шина сигналдарының анықтамасы Intel 8080 микропроцессоры S 100 шинасында орналасқан алғашқы микропроцессор болғандықтан, 8080 микропроцессорлық жүйесінің анықтамасына ұқсас. S 100 шинасының 100 желісін төрт түрге бөлуге болады: 1) Қуат, 2) Деректер, 3) Адрес және 4) Сағат және басқару. Шинаға берілетін қуат көбінесе реттелмеген +8 В және ±16 В тұрақты токтан тұрады, олар карталарда +5 В (TTL микросхемаларында қолданылады), Intel 8080 CPU микросхемасы үшін 5 В және +12 В, RS 232 желілік драйвер микросхемалары үшін ±12 В, дискілік жетектер үшін +12 В-қа дейін реттеледі. Борттағы кернеуді реттеу әдетте 78xx отбасының құрылғыларымен (мысалы, +5 вольтты шығаратын 7805 құрылғысы) жүзеге асырылады. Бұл сызықтық реттегіштер, олар көбінесе жылу таратушыларға орнатылады. Intel 8080 процессорының екі бағытты 8 биттік дерек шинасы екі бір бағытты 8 биттік дерек шинасына бөлінеді. Процессор бір уақытта олардың тек біреуін ғана пайдалана алады. Sol 20 бір 8 биттік шинаны пайдаланды және электрондық шуды азайту үшін қолданылмаған контактілерді сигналдық жер ретінде қолданды. Шинаның кіру немесе шығу бағыты DBIN контактісі арқылы белгіленді. Бұл S 100 нарығында да кең таралды, сондықтан екінші шина артық болды. Кейіннен осы екі 8 биттік шиналар Sol жүйесін пайдаланып, жоғары деңгейдегі процессорлар үшін 16 биттік дерек енін қолдау үшін біріктірілді. Адрес шинасы бастапқыда 16 бит енді, кейіннен 24 битке дейін кеңейтілді. Шина басқару сигналы осы желілерді үш күйге қоюға мүмкіндік береді, бұл тікелей жадқа кіруге жол ашады. Мысалы, Cromemco Dazzler – тікелей жадқа кіру арқылы жадтан цифрлық кескіндерді алатын S 100 картасының ерте үлгісі. Шинадағы трафикті басқару үшін сағат және басқару сигналдары қолданылады. Мысалы, DO Disable желісі тікелей жадқа кіру кезінде адрес желілерін үш күйге қояды. Бастапқы шина спецификациясында белгіленбеген желілер кейіннен жаңа процессорларды қолдау үшін қайта мақсатталанды. Мысалы, Zilog Z 80 процессорында Intel 8080 процессорында жоқ маскаланбайтын үзіліс желісі бар. S 100 шинасының белгіленбеген желісі маскаланбайтын үзіліс сұранысын қолдау үшін қайта мақсатталанды.

The S 100 bus is a passive backplane of 100 pin printed circuit board edge connectors wired in parallel. Circuit cards measuring serving the functions of CPU, memory, or I/O interface plugged into these connectors. The bus signal definitions closely follow those of an 8080 microprocessor system, since the Intel 8080 microprocessor was the first microprocessor hosted on the S 100 bus. The 100 lines of the S 100 bus can be grouped into four types: 1) Power, 2) Data, 3) Address, and 4) Clock and control. Power supplied on the bus is bulk unregulated +8 Volt DC and ±16 Volt DC, designed to be regulated on the cards to +5 V (used by TTL ICs), 5 V and +12 V for Intel 8080 CPU IC, ±12 V RS 232 line driver ICs, +12 V for disk drive motors. The onboard voltage regulation is typically performed by devices of the 78xx family (for example, a 7805 device to produce +5 volts). These are linear regulators which are commonly mounted on heat sinks. The bi directional 8 bit data bus of the Intel 8080 is split into two unidirectional 8 bit data buses. The processor could use only one of these at a time. The Sol 20 used a variation that had only a single 8 bit bus and used the now unused pins as signal grounds to reduce electronic noise. The direction of the bus, in or out, was signaled using the otherwise unused DBIN pin. This became universal in the S 100 market as well, making the second bus superfluous. Later, these two 8 bit buses would be combined to support a 16 bit data width for more advanced processors, using the Sol's system to signal the direction. The address bus is 16 bits wide in the initial implementation and later extended to 24 bits wide. A bus control signal can put these lines in a tri state condition to allow direct memory access. The Cromemco Dazzler, for example, is an early S 100 card that retrieved digital images from memory using direct memory access. Clock and control signals are used to manage the traffic on the bus. For example, the DO Disable line will tristate the address lines during direct memory access. Unassigned lines of the original bus specification were later assigned to support more advanced processors. For example, the Zilog Z 80 processor has a non maskable interrupt line that the Intel 8080 processor does not. One unassigned line of the S 100 bus then was reassigned to support the non maskable interrupt request.

Тарих

Altair жобалау кезінде 1975 жылғы қаңтарда іске қосылуға тиіс уақытқа дейін пайдалануға жарамды машина жасауға қажетті аппараттық құралдар уақтылы қолжетімді болған жоқ. Дизайнер Эд Робертс артқы панельдің тым көп орын алып жатуы мәселесіне де тап болды. Осы мәселелерді болдырмау үшін ол қолдағы компоненттерді қосымша "ұялармен" жабдықталған корпусқа орналастырды, осылайша қажетті компоненттер қолжетімді болғанда кейін қосылуы мүмкін болады. Артқы панель төрт жеке картаға бөлінген, ал процессор бесінші картада орналасқан. Ол арзан коннекторлар іздеді және әскери артық қалдықтан 100 контактілі коннекторларға тап болды. 100 контактілі шина анонимді суретші жасаған, ол бөлшектер каталогынан коннекторды таңдап, коннектордың контактілерінің топтарына кездейсоқ сигнал атауларын берген. 1975 жылы Altair ұсынылғаннан кейін "клондар" машиналарының қарқынды өсуі байқалды. Олардың көпшілігі Altair-дің шина құрылымын пайдаланып, жаңа өнеркәсіп стандартын құрды. Бұл компаниялар жүйені "Altair шинасы" деп атауға мәжбүр болды және өздерінің жүйелерін сипаттағанда өзінің бәсекелесіне сілтеме жасаудан аулақ болу үшін басқа атау іздеді. "S 100" атауы, "Standard 100" дегеннің қысқартылған түрі, Cromemco компаниясын құрған Гарри Гарланд пен Роджер Меленнің ойлап тапқан. 1976 жылғы тамызда Атлантик-Ситидегі PC '76 микрокомпьютерлік конференциясына ұшып бара жатқанда, олар кабинада Processor Technology компаниясынан Боб Марш пен Ли Фелсенштейнпен бірге болды. Мелен оларды осы атауды қабылдауға көндіру үшін оларға барды. Оның қолында сыра болды, және ұшақ соққыға ұшырағанда Мелен Маршқа сыраның бір бөлігін төгіп жіберді. Марш атауды пайдалануға келісті, Мелен бұл оның сырасымен кетіп қалуын қалағанын айтады. Бұл термин алғаш рет 1976 жылғы қарашада шыққан Byte журналындағы Cromemco жарнамасында пайда болды. S 100 шинасы бойынша алғашқы симпозиумды Джим Уоррен модерациялады, ол 1976 жылғы 20 қарашада Диабло Валли колледжінде Гарри Гарланд, Джордж Морроу және Ли Фелсенштейннен тұратын панельмен өтті. Бір жыл өткен соң S 100 шинасы "компьютер индустриясында жасалған ең көп қолданылатын шина стандарты" деп сипатталды. Cromemco S 100 өндірушілерінің ішіндегі ең ірісі болды, одан кейін Vector Graphic және North Star Computers келді. Басқа да инноваторлар - Alpha Microsystems, IMS Associates, Inc., Godbout Electronics (кейін CompuPro) және Ithaca InterSystems сияқты компаниялар болды. 1984 жылғы мамырда Microsystems 150-ден астам компанияның 500-ден астам "S 100/IEEE 696" өнімдерін тізімдеген толық S 100 өнімдер каталогын жариялады. S 100 шинасының сигналдарын 8080 процессорымен жасау оңай болды, бірақ 68000 сияқты басқа процессорларды қолданғанда бұл қиындықтарға толы болды. Сигналды түрлендіру логикасы басылымда көбірек орын алды. Дегенмен, 1984 жылға қарай S 100 шинасында 8 биттік Intel 8080-ден 16 биттік Zilog Z 8000-ге дейін он бір түрлі процессор қолданылды.

During the design of the Altair, the hardware required to make a usable machine was not available in time for the January 1975 launch date. The designer, Ed Roberts, also had the problem of the backplane taking up too much room. Attempting to avoid these problems, he placed the existing components in a case with additional "slots", so that the missing components could be plugged in later when they became available. The backplane is split into four separate cards, with the CPU on a fifth. He then looked for an inexpensive source of connectors, and he came across a supply of military surplus 100 pin edge connectors. The 100 pin bus was created by an anonymous draftsman, who selected the connector from a parts catalog and arbitrarily assigned signal names to groups of connector pins. A burgeoning industry of "clone" machines followed the introduction of the Altair in 1975. Most of these used the same bus layout as the Altair, creating a new industry standard. These companies were forced to refer to the system as the "Altair bus", and wanted another name in order to avoid referring to their competitor when describing their own system. The "S 100" name, short for "Standard 100", was coined by Harry Garland and Roger Melen, co founders of Cromemco. While on a flight to attend the Atlantic City PC '76 microcomputer conference in August 1976, they shared the cabin with Bob Marsh and Lee Felsenstein of Processor Technology. Melen went over to them to convince them to adopt the same name. He had a beer in his hand and when the plane hit a bump, Melen spilt some of the beer on Marsh. Marsh agreed to use the name, which Melen ascribes to him wanting to get Melen to leave with his beer. The term first appeared in print in a Cromemco advertisement in the November 1976 issue of Byte magazine. The first symposium on the S 100 bus, moderated by Jim Warren, was held November 20, 1976 at Diablo Valley College with a panel consisting of Harry Garland, George Morrow, and Lee Felsenstein. Just one year later, the S 100 Bus would be described as "the most used busing standard ever developed in the computer industry." Cromemco was the largest of the S 100 manufacturers, followed by Vector Graphic and North Star Computers. Other innovators were companies such as Alpha Microsystems, IMS Associates, Inc., Godbout Electronics (later CompuPro), and Ithaca InterSystems. In May 1984, Microsystems published a comprehensive S 100 product directory listing over 500 "S 100/IEEE 696" products from over 150 companies. The S 100 bus signals were simple to create using an 8080 CPU, but increasingly less so when using other processors like the 68000. More board space was occupied by signal conversion logic. Nonetheless by 1984, eleven different processors were hosted on the S 100 bus, from the 8 bit Intel 8080 to the 16 bit Zilog Z 8000.

IEEE-696 стандарты

S 100 автобусының қарқыны арта түскенде, әртүрлі өндірушілер жасаған өнімдердің үйлесімділігін қамтамасыз ету үшін автобустың ресми сипаттамасын жасау қажет болды. Сонымен қатар, бастапқы Altair компьютерінде қолданылған Intel 8080 процессорынан гөрі қуаттырақ процессорларды қолдау үшін шинаны кеңейту де қажеттілік туды. 1978 жылдың мамыр айында Джордж Морроу және Говард Фуллмер «S 100 шинасы үшін ұсынылатын стандарт» жариялады, онда 150 жеткізуші S 100 шинасы үшін өнімдермен қамтамасыз етіп отырғаны айтылды. Бұл ұсынылған стандартта 8 биттік деректер жолы және 16 биттік адрестік жол сипатталған, сондай-ақ деректер жолын 16 битке, ал адрестік жолды 24 битке дейін кеңейту қарастырылып жатқаны көрсетілген. 1979 жылдың шілдесінде Келлс Элмквист, Говард Фуллмер, Дэвид Густавсон және Джордж Морроу «S 100 шинасы интерфейстік құрылғылары үшін стандартты сипаттама» жариялады. Бұл сипаттамада деректер жолы 16 битке, ал адрестік жол 24 битке дейін кеңейтілді. Марк Гаретц төрағалық еткен IEEE 696 жұмыс тобы IEEE стандарты ретінде ұсынылған және IEEE Компьютерлік қоғамы 1982 жылдың 10 маусымында бекіткен сипаттаманы әзірлеуді жалғастырды. Америка Ұлттық Стандарттар Институты (ANSI) IEEE стандартын 1983 жылдың 8 қыркүйегінде мақұлдады. Эд Робертс Altair 8800 компьютері үшін жасаған компьютерлік шина құрылымы кеңейтілді, мұқият сипатталды және енді IEEE Std 696–1983 американдық Ұлттық Стандарты ретінде белгіленді. IBM PC өнімдері нарықтың төменгі сегментін басып алғандықтан, S 100 машиналары OEM және көп пайдаланушы жүйелеріне көтерілді. Мысалы, S 100 шиналық компьютерлер Чикаго тауар биржасындағы мәмілелерді өңдеу үшін қолданылды; АҚШ Әуе күштері өздерінің миссиялық жоспарлау жүйелері үшін S 100 шиналық машиналарын пайдаланды. Дегенмен, 1980-жылдар бойы хоббишілер, жеке пайдалану және тіпті шағын бизнес үшін S 100 шиналық машиналарының нарығы төмендеді. IBM-мен үйлесімді компьютерлердің мүмкіндіктері арта келе, S 100 шиналық өнімдерінің нарығы 1990-жылдардың басында тарылды. 1992 жылы, мысалы, Чикаго тауар биржасы S 100 шиналық компьютерлерін IBM PS/2 үлгісімен алмастырды. 1994 жылға қарай S 100 шина индустриясы жеткілікті деңгейде қысқарды, сондықтан IEEE 696 стандартын қолдауды жалғастырудың қажеті жоқ деп шешті. IEEE 696 стандарты 1994 жылдың 14 маусымында тоқтатылды.

As the S 100 bus gained momentum, there was a need to develop a formal specification of the bus to help assure compatibility of products produced by different manufacturers. There was also a need to extend the bus so that it could support processors more capable than the Intel 8080 used in the original Altair Computer. In May 1978, George Morrow and Howard Fullmer published a “Proposed Standard for the S 100 Bus” noting that 150 vendors were already supplying products for the S 100 Bus. This proposed standard documented the 8 bit data path and 16 bit address path of the bus and stated that consideration was being given to extending the data path to 16 bits and the address path to 24 bits. In July 1979 Kells Elmquist, Howard Fullmer, David Gustavson, and George Morrow published a "Standard Specification for S 100 Bus Interface Devices." In this specification the data path was extended to 16 bits and the address path was extended to 24 bits. The IEEE 696 Working Group, chaired by Mark Garetz, continued to develop the specification which was proposed as an IEEE Standard and approved by the IEEE Computer Society on June 10, 1982. The American National Standards Institute (ANSI) approved the IEEE standard on September 8, 1983. The computer bus structure developed by Ed Roberts for the Altair 8800 computer had been extended, rigorously documented, and now designated as the American National Standard IEEE Std 696–1983. As the IBM PC products captured the low end of the market, S 100 machines moved up scale to more powerful OEM and multiuser systems. Banks of S 100 bus computers were used, for example, to process the trades at the Chicago Mercantile Exchange; the United States Air Force deployed S 100 bus machines for their mission planning systems. However throughout the 1980s the market for S 100 bus machines for the hobbyist, for personal use, and even for small business was on the decline. The market for S 100 bus products continued to contract through the early 1990s, as IBM compatible computers became more capable. In 1992, the Chicago Mercantile Exchange, for example, replaced their S 100 bus computers with the IBM model PS/2. By 1994 the S 100 bus industry had contracted sufficiently that the IEEE did not see a need to continue supporting the IEEE 696 standard. The IEEE 696 standard was retired on June 14, 1994.