ISA 버스
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1. 개요
ISA 버스는 1981년 IBM PC 프로젝트의 일환으로 개발된 산업 표준 아키텍처(Industry Standard Architecture)로, PC 호환 기종의 확장을 위해 사용되었다. 8비트 ISA로 시작하여 16비트 ISA로 발전했으며, 주변 장치와 마더보드를 연결하고 버스 마스터링을 지원했다. 16개의 인터럽트 채널과 8개의 DMA 채널을 제공했지만, 기술적인 한계로 인해 PCI 버스에 밀려 2000년대 초반에 사라졌다. 현재는 특수 산업용으로 일부 사용되며, PC/104 버스와 LPC 버스와 같은 파생형으로도 활용된다.
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| ISA 버스 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 전체 이름 | 산업 표준 아키텍처 |
| 발명일 | 1981년 |
| 발명자 | IBM |
| 대체 | PCI, LPC |
| 대체일 | 1993년, 1998년 |
| 너비 | 8 또는 16 |
| 장치 수 | 슬롯당 최대 1개 장치 |
| 통신 방식 | 반이중 |
| 속도 | 8 MB/s 또는 16 MB/s |
| 핫플러그 | 아니오 |
| 외부 연결 | 아니오 |
2. 역사
컴팩이 PC 호환기종을 대체할 목적으로 ISA(Industry Standard Architecture)라는 용어를 만들었다.[16] ISA 버스는 1981년 IBM PC 프로젝트의 일부로서 IBM의 마크 딘이 주도하는 팀에 의해 개발되었다. 초기에는 8비트 시스템으로 시작하였으며, 1984년에 16비트 표준인 IBM AT 버스가 도입되었다.
초기 PC 버스는 IBM의 IBM PC 프로젝트의 일환으로 마크 딘이 이끄는 팀에 의해 개발되었다.[2] 이는 IBM System/23 Datamaster 시스템의 I/O 버스를 기반으로 한 8비트 버스였다.[3] 1984년 IBM PC/AT가 출시되면서 16비트 버전인 IBM AT 버스가 도입되었으며, AT 버스는 PC 버스와 하위 호환되는 확장판이었다. 1988년, 컴팩을 포함한 "9인조" PC 호환 제조업체 그룹이 32비트 EISA 표준을 제안하면서, Compaq는 ''산업 표준 아키텍처(Industry Standard Architecture, ISA)''라는 용어를 만들었다.[4]
IBM은 8비트 버전을 IBM PC 및 PC/XT의 인텔 8088 (16/8 비트) CPU의 마더보드 버스에 대한 버퍼 인터페이스로 설계했고, 16비트 버전은 IBM AT에서 사용되는 인텔 80286 CPU의 마더보드 버스에 대한 업그레이드였다. ISA 버스는 칩셋이 ISA를 훨씬 더 빠른 CPU와 인터페이스하기 위해 정교한 버퍼링 방식을 구현할 때까지 CPU 클럭과 동기화되었다.
ISA는 주변 카드와 마더보드를 연결하도록 설계되었으며, 주 메모리의 처음 16 MB만 주소 지정이 가능했다. 원래 8비트 버스는 4.77 MHz 클럭에서 실행되었고, 16비트 버스는 초기 모델에서는 6 MHz, 후기 모델에서는 8 MHz였다. ISA는 아폴로 및 아미가 3000 워크스테이션, AT&T 호빗 및 BeBox와 같은 일부 비 IBM 호환 머신에서도 사용되었다.
델과 같은 회사들은 AT 버스의 성능을 향상시켰지만,[5] 1987년 IBM은 AT 버스를 독점적인 마이크로 채널 아키텍처 (MCA)로 대체했다. 컴퓨터 제조업체는 MCA에 대응하여 확장 산업 표준 아키텍처 (EISA)와 VESA 로컬 버스 (VLB)를 개발했다.
ISA 기반 머신 사용자는 시스템에 추가하는 하드웨어에 대한 특수한 정보를 알아야 했다. 사용자는 종종 새로운 장치를 추가할 때 IRQ 라인, I/O 주소, 또는 DMA 채널과 같은 매개변수를 구성해야 했다. 이러한 문제를 해결하기 위해 '''ISA PnP'''가 만들어졌지만, 문제가 많았고 아키텍처가 마지막 날이 되어서야 제대로 지원되었다.
1988년에 EISA가 제정되었을 때 처음으로 "ISA 버스"라는 명칭이 붙여져 소급하여 표준화되었다.
2. 1. 8 비트 ISA (XT 버스 아키텍처)
| 항목 | 내용 |
|---|---|
| 버스 너비 | 8 비트 |
| 핀 | 62 |
| 전압 (Vcc) | +5 V, -5 V, +12 V, -12 V |
| 클럭 | 4.7727266 MHz |
'''PC/XT 버스'''는 1980년대 IBM PC와 IBM PC XT에서 인텔 8086 및 인텔 8088 시스템에 사용된 8비트 ISA 버스이다. 62개의 핀은 8088 프로세서의 8개 데이터 라인과 20개 주소 라인을 디멀티플렉스 및 전기적으로 버퍼링한 버전과 전원 라인, 클럭, 읽기/쓰기 스트로브, 인터럽트 라인 등으로 구성된다. 전원 라인에는 다이나믹 RAM과 같은 pMOS 및 향상 모드 nMOS 회로를 직접 지원하기 위해 -5V 및 ±12V가 포함되었다. XT 버스 아키텍처는 단일 인텔 8259 PIC를 사용하여 8개의 벡터화되고 우선순위가 지정된 인터럽트 라인을 제공한다. 원래 인텔 8237에서 제공하는 4개의 DMA 채널 중 3개는 XT 버스 확장 슬롯으로 연결되며, 이 중 2개는 일반적으로 머신 기능(플로피 디스크 드라이브 및 하드 디스크 컨트롤러)에 이미 할당되어 있다.
| DMA 채널 | 확장 슬롯 연결 여부 | 표준 기능 |
|---|---|---|
| 0 | 아니요 | 다이내믹 랜덤 액세스 메모리 리프레시 |
| 1 | 예 | 추가 기능 카드 |
| 2 | 예 | 플로피 디스크 컨트롤러 |
| 3 | 예 | 하드 디스크 컨트롤러 |
2. 2. 16 비트 ISA (AT 버스 아키텍처)
16비트 ISA 버스는 IBM PC/AT에서 처음 도입된 확장 버전이다. 98개의 핀을 가지며, 16비트 데이터 버스와 24비트 주소 버스를 제공한다. 8.333333 MHz 클럭 속도로 작동하며, 8비트 ISA와의 하위 호환성을 유지한다. AT 버스 아키텍처는 IBM PC/AT에서의 첫 16비트 ISA 버전이다.[15]| 버스 너비 | 16비트 |
| 비교 | 8 비트 ISA, 16 비트 ISA |
| 핀 | 98 |
| Vcc | +5 V, -5 V, +12 V, -12 V |
| 클럭 | 8.333333 MHz |
| 용량 | 3.97 메가바이트/초 (pio) 2.65 메가바이트/초 (dma) |
델과 같은 회사들은 AT 버스의 성능을 향상시켰지만,[5] 1987년 IBM은 AT 버스를 독점적인 마이크로 채널 아키텍처(MCA)로 대체했다. MCA는 당시 ISA에서 나타난 많은 제한 사항을 극복했지만, IBM이 PC 아키텍처와 PC 시장에 대한 통제력을 되찾기 위한 노력이기도 했다.
ISA는 주변 카드와 마더보드를 연결하도록 설계되었으며 버스 마스터링을 허용한다. 주 메모리의 처음 16 MB만 주소 지정이 가능하다. 원래 16비트 버스는 IBM PC/AT 컴퓨터의 80286 CPU 클럭에서 실행되었으며, 초기 모델에서는 6 MHz, 후기 모델에서는 8 MHz였다.
1988년에 EISA가 제정되었을 때 처음으로 "ISA 버스"라는 명칭이 붙여져 소급하여 표준화되었다. 이 때문에 현재에도 당시 EISA 진영의 제조사는 "ISA 버스", 대립했던 IBM은 "AT 버스"라고 부르는 경향이 있다.
ISA 버스는 16개의 인터럽트 채널(IRQ)을 가지며, 그 중 11개가 확장 슬롯으로 인출되어 있다. IRQ 8~15는 IRQ 2에 연결된 인터럽트 컨트롤러가 담당하므로, 우선 순위는 IRQ 2와 3 사이가 된다. 또한 8개의 DMA 채널을 가지며, 그 중 7개가 인출되어 있다. 8비트 슬롯에서 사용할 수 있는 것은 인터럽트가 6개, DMA가 3개이다.
| 인터럽트 채널 | 16 비트 | 8 비트 | 표준으로 할당된 기능 |
|---|---|---|---|
| 0 | 무 | 인터벌 타이머 | |
| 1 | 무 | 키보드 | |
| 2 | 무 | 두 번째 인터럽트 컨트롤러에 연결 | |
| 8 | 무 | 실시간 시계 | |
| 9 | 유 | 유 | 범용 (확장 카드용) XT 버스의 IRQ 2 대용 |
| 10 | 유 | 무 | 범용 (확장 카드용) |
| 11 | 유 | 무 | 범용 (확장 카드용) |
| 12 | 유 | 무 | 범용 (확장 카드용) |
| 13 | 무 | 무 | 수치 연산 코프로세서 |
| 14 | 유 | 유 | 하드 디스크 컨트롤러 |
| 15 | 유 | 유 | 하드 디스크 컨트롤러 |
| 3 | 유 | 유 | 시리얼 포트 (COM2) |
| 4 | 유 | 유 | 시리얼 포트 (COM1) |
| 5 | 유 | 유 | 범용 (확장 카드용) |
| 6 | 유 | 유 | 플로피 디스크 컨트롤러 |
| 7 | 유 | 유 | 병렬 포트 |
| DMA 채널 | 16 비트 | 8 비트 | 표준으로 할당된 기능 |
|---|---|---|---|
| 0 | 유 | 무 | 범용 (확장 카드용) |
| 1 | 유 | 유 | 범용 (확장 카드용) |
| 2 | 유 | 유 | 플로피 디스크 컨트롤러 |
| 3 | 유 | 유 | 하드 디스크 컨트롤러 |
| 4 | 무 | 무 | 첫 번째 DMA 컨트롤러에 연결 |
| 5 | 유 | 무 | 범용 (확장 카드용) |
| 6 | 유 | 무 | 범용 (확장 카드용) |
| 7 | 유 | 무 | 범용 (확장 카드용) |
ISA 버스는 주변 장치 카드와 마더보드를 연결하며, 버스 마스터링을 허용한다. 주 메모리의 처음 16MB만 주소 지정 가능하다. 8개의 DMA 채널과 16개의 인터럽트 채널(IRQ)을 가지며, 8비트 슬롯은 인터럽트 6개, DMA 3개를 사용할 수 있다.
3. ISA 버스 구조
PC/XT 버스는 1980년대 IBM PC와 IBM PC XT에서 인텔 8086 및 인텔 8088 시스템에 사용된 8비트 ISA 버스이다. 62개의 핀에는 8088 프로세서의 8개 데이터 라인과 20개 주소 라인의 디멀티플렉스 및 전기적으로 버퍼링된 버전과 전원 라인, 클럭, 읽기/쓰기 스트로브, 인터럽트 라인 등이 있었다.
PC/AT 버스는 PC/XT 버스의 16비트 버전으로, IBM PC/AT와 함께 도입되었다. IBM에서는 "I/O 채널"이라고 불렀다. 8비트 XT 버스 커넥터와 같은 라인에 두 번째 짧은 에지 커넥터를 추가하여 XT 버스를 확장, 대부분의 8비트 카드와의 호환성을 유지한다. 두 번째 커넥터는 주소 라인 4개와 데이터 라인 8개를 추가하여 총 24개의 주소 라인과 16개의 데이터 라인을 가진다. 또한 두 번째 8259 PIC에 연결된 새로운 인터럽트 라인과 4 × 16비트 DMA 채널, 8비트 또는 16비트 전송을 선택하는 제어 라인도 추가한다.
16비트 AT 버스 슬롯은 초기 IBM PC/AT 머신에서 두 개의 표준 에지 커넥터 소켓을 사용했으나, 이후 제조업체는 두 소켓을 하나로 통합한 98핀 커넥터를 도입했다. ISA 슬롯 커넥터는 보통 검은색이다.
PC/XT와 PC/AT에서는 CPU의 로컬 버스를 '''버스 버퍼'''를 거쳐 외부로 인출하는 구조를 채택하여, 버스 클럭이 CPU 클럭과 동일했다. PC/XT는 8088의 8비트·4.77MHz, PC/AT는 80286의 16비트·8MHz (초대는 6MHz)로, 각 모델(CPU)별 로컬 규격 버스였다.
컴팩은 Deskpro 386에서 '''버스 브리지'''를 도입하여 CPU 클럭과 외부 버스 클럭을 분리했다. 이를 Flex 아키텍처라고 불렀으며, 32비트 80386과 16비트·8MHz AT 버스 주변 기기의 양립을 가능하게 했다. 이후 버스 클럭은 10MHz가 일반적이 되었고, 다양한 "AT 버스 머신"인 '''PC/AT 호환기'''가 보급되어 사실상의 표준이 되었다.
EISA 진영과 IEEE가 표준화한 "ISA 버스"는 버스 브리지 방식이다.
1990년대 후반부터 ISA는 PCI의 보급으로 점차 사라졌으나, 일부 특수 기기 연결 수요로 인해 2004년경까지 ISA 슬롯을 탑재한 마더보드가 판매되었다. 인텔 칩셋 900번대의 보급으로 ISA 슬롯은 사라졌다.
확장 슬롯으로서의 ISA 버스가 없더라도, 레거시 장치(PS/2 커넥터, DMA 컨트롤러 등)는 소프트웨어 액세스 방법의 호환성이 유지되어, 외견상 ISA 버스에 연결된 것처럼 인식된다.
3. 1. DMA 채널
ISA 버스는 8개의 DMA 채널을 가지고 있으며, 이 채널들은 CPU를 거치지 않고 주변 장치와 메모리 간에 직접 데이터를 전송할 수 있도록 해준다. 각 DMA 채널은 특정 기능을 수행하도록 할당될 수 있다. 다음은 ISA 버스의 DMA 채널 할당 표이다.
| DMA 채널 | 확장 슬롯 (16비트) | 확장 슬롯 (8비트) | 표준 할당 기능 |
|---|---|---|---|
| 0 | 유 | 무 | 범용 (확장 카드용) |
| 1 | 유 | 범용 (확장 카드용) | |
| 2 | 유 | 플로피 디스크 컨트롤러 | |
| 3 | 유 | 하드 디스크 컨트롤러 | |
| 4 | 무 | 첫 번째 DMA 컨트롤러에 연결 | |
| 5 | 유 | 무 | 범용 (확장 카드용) |
| 6 | 유 | 무 | 범용 (확장 카드용) |
| 7 | 유 | 무 | 범용 (확장 카드용) |
3. 2. 인터럽트 채널 (IRQ)
ISA 버스는 16개의 인터럽트 채널(IRQ)을 가지며, 주변 장치가 CPU에 서비스를 요청하는 데 사용된다. 이 중 11개가 확장 슬롯으로 제공된다. IRQ 8~15는 IRQ 2에 연결된 인터럽트 컨트롤러가 담당하므로, 우선 순위는 IRQ 2와 3 사이가 된다.| 인터럽트 채널 | 확장 슬롯 | 표준으로 할당된 기능 | |
|---|---|---|---|
| 16 비트 | 8 비트 | ||
| 0 | 무 | 인터벌 타이머 | |
| 1 | 키보드 | ||
| 2 | 두 번째 인터럽트 컨트롤러에 연결 | ||
| 8 | 실시간 시계 | ||
| 9 | 유 | 범용 (확장 카드용) XT 버스의 IRQ 2 대용 | |
| 10 | 유 | 무 | 범용 (확장 카드용) |
| 11 | |||
| 12 | |||
| 13 | 무 | 수치 연산 코프로세서 | |
| 14 | 유 | 하드 디스크 컨트롤러 | |
| 15 | |||
| 3 | 유 | 시리얼 포트(COM2) | |
| 4 | 시리얼 포트(COM1) | ||
| 5 | 범용 (확장 카드용) | ||
| 6 | 플로피 디스크 컨트롤러 | ||
| 7 | 병렬 포트 | ||
4. 기술적 특징 및 한계
ISA 버스는 즉흥적인 확장으로 인해 여러 기술적 한계를 가지고 있었다. 이러한 한계는 이후 MCA, EISA, VLB, PCI 등 새로운 버스 표준 개발의 배경이 되었다.[4]
ISA는 주변 카드와 마더보드를 연결하도록 설계되었으며 버스 마스터링을 허용하지만, 주 메모리의 처음 16 MB만 주소 지정이 가능했다.[2] 원래 8비트 버스는 IBM PC 및 PC/XT의 8088 CPU의 4.77 MHz 클럭에서 실행되었고, 16비트 버스는 IBM PC/AT 컴퓨터의 80286 CPU 클럭(초기 모델 6 MHz, 후기 모델 8 MHz)에서 실행되었다.[3] ISA 버스는 CPU 클럭과 동기화되어 작동했기 때문에, 칩셋이 ISA를 더 빠른 CPU와 인터페이스하기 위해 정교한 버퍼링 방식을 구현해야 했다.
ISA는 XT 버스에 주소선, 데이터선, 인터럽트선을 추가하여 XT 버스와 상위 호환성을 갖지만, 즉흥적인 확장으로 인해 다음과 같은 문제점을 안고 있었다.
- 느린 버스 속도
- 인터럽트 수 부족
- 버스 중재 기능 부재
- 무질서하고 비합리적인 신호선 배열
- 빈약한 접지로 인한 신호 보호 부족
- 전력 공급 부족
이러한 문제점들로 인해 ISA는 범용 버스로 사용하기 어려웠다.
ISA 버스는 16개의 인터럽트 채널(IRQ)을 가지며, 그 중 11개가 확장 슬롯으로 인출된다. IRQ 8~15는 IRQ 2에 연결된 인터럽트 컨트롤러가 담당하므로, 우선 순위는 IRQ 2와 3 사이가 된다. 또한 8개의 DMA 채널을 가지며, 그 중 7개가 인출되어 있다. 8비트 슬롯에서는 인터럽트 6개, DMA 3개를 사용할 수 있다.
| 인터럽트 채널 | 16비트 확장 슬롯 | 8비트 확장 슬롯 | 표준 할당 기능 |
|---|---|---|---|
| 0 | 무 | 인터벌 타이머 | |
| 1 | 키보드 | ||
| 2 | 두 번째 인터럽트 컨트롤러에 연결 | ||
| 8 | 실시간 시계 | ||
| 9 | 유 | 범용 (확장 카드용) XT 버스의 IRQ 2 대용 | |
| 10 | 유 | 무 | 범용 (확장 카드용) |
| 11 | |||
| 12 | |||
| 13 | 무 | 수치 연산 코프로세서 | |
| 14 | 유 | 하드 디스크 컨트롤러 | |
| 15 | |||
| 3 | 유 | 시리얼 포트 (COM2) | |
| 4 | 시리얼 포트 (COM1) | ||
| 5 | 범용 (확장 카드용) | ||
| 6 | 플로피 디스크 컨트롤러 | ||
| 7 | 병렬 포트 | ||
| DMA 채널 | 16비트 확장 슬롯 | 8비트 확장 슬롯 | 표준 할당 기능 |
|---|---|---|---|
| 0 | 유 | 무 | 범용 (확장 카드용) |
| 1 | 유 | ||
| 2 | 플로피 디스크 컨트롤러 | ||
| 3 | 하드 디스크 컨트롤러 | ||
| 4 | 무 | 첫 번째 DMA 컨트롤러에 연결 | |
| 5 | 유 | 무 | 범용 (확장 카드용) |
| 6 | |||
| 7 | |||
PC/XT나 PC/AT에서는 CPU의 로컬 버스를 버스 버퍼를 거쳐 외부로 인출하는 구조를 가졌기 때문에 버스 클럭은 CPU 클럭과 동일했다. 컴팩은 Deskpro 386에서 버스 브리지를 도입하여 CPU 클럭과 외부 버스 클럭을 분리함으로써 32비트 80386과 16비트 AT 버스 주변 기기의 양립을 가능하게 했다.
1990년대 후반부터 PCI 버스가 보급되면서 ISA 버스는 점차 사라졌지만,[15] 일부 산업용 장비에서는 여전히 사용되고 있다. 2004년경까지 ISA 슬롯을 탑재한 마더보드가 판매되었으나, 인텔 칩셋 900번대의 본격적인 보급으로 ISA 슬롯은 사라졌다. 하지만, 레거시 장치 (PS/2 커넥터, DMA 컨트롤러 등)는 소프트웨어 호환성을 위해 외견상 ISA 버스에 연결된 것처럼 인식된다.
5. 현대적 이용
ISA는 현재에도 특수한 산업용으로 사용되고 있다. 2008년, IEI Technologies는 인텔 코어 2 듀오 프로세서를 지원하고, 두 개의 ISA 슬롯을 갖춘 최신 마더보드를 출시했다.[7] 이는 PCI 버전을 사용할 수 없는 고가의 특수 ISA 버스 어댑터에 투자한 산업 및 군사용 사용자를 대상으로 판매되었다.
ADEK Industrial Computers는 2013년 초 인텔 코어 i3/인텔 코어 i5/인텔 코어 i7 프로세서를 지원하며, 하나의 (비 DMA) ISA 슬롯을 포함하는 최신 마더보드를 출시했다.[8] 또한, MSI는 2020년에 ISA 슬롯이 하나 있는 최신 마더보드를 출시했다.[9]
오래된 컴퓨터를 사용하는 사용자층이 여전히 존재하기 때문에, 일부 ISA 카드는 여전히 제조되고 있다. 예를 들어 USB 포트를 제공하거나,[12] 최신 프로세서, USB 3.0, SATA를 기반으로 하는 완전한 싱글 보드 컴퓨터가 있다.[13]
참조
[1]
웹사이트
The Wonderful World of Buses
https://www.cs.umd.e[...]
2021-06-30
[2]
서적
Milestones in computer science and information technology
https://archive.org/[...]
Greenwood Press
2003
[3]
웹사이트
Whence Came the IBM PC
https://www.edn.com/[...]
2020-10-13
[4]
뉴스
Compaq Vying To Become the IBM of the '90s
https://books.google[...]
2016-03-17
[5]
뉴스
Introducing the First PS/2 Clones
https://www.nytimes.[...]
2015-01-06
[6]
서적
A+: Training Guide
https://books.google[...]
Que
2003
[7]
간행물
IMBA-9654ISA User Manual
IEI Technology Corp
2008-05
[8]
간행물
MS-98A9 Product Specifications
ADEK Industrial Computers
[9]
웹사이트
MSI's LGA1151 Motherboard Takes Us Back to 1992 With PCI Slots
https://www.tomshard[...]
2024-07-25
[10]
웹사이트
PCI IDE Controller - OSDev Wiki
https://wiki.osdev.o[...]
2024-07-27
[11]
서적
A+ Guide to PC Hardware Maintenance and Repair, Volume 1
https://books.google[...]
Thomson, Delmar Learning
[12]
웹사이트
Lo-tech ISA USB Adapter - lo-tech.co.uk
https://www.lo-tech.[...]
2018-05-03
[13]
웹사이트
PCA-6763
http://www.advantech[...]
2018-05-03
[14]
서적
マスタリングTCP/IPネットワーク用語事典
オーム社
2002
[15]
문서
[16]
뉴스
Compaq Vying To Become the IBM of the '90s
https://books.google[...]
2016-03-17
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