Autobús local VESA

El bus local VESA (generalmente abreviado como VL-Bus o VLB) es un bus de expansión de corta duración introducido durante la generación i486 de computadoras personales x86 compatibles con IBM. Creado por VESA (Asociación de Estándares de Electrónica de Video), el Bus Local VESA trabajó junto con el bus ISA entonces dominante para proporcionar un conducto estandarizado de alta velocidad destinado principalmente a acelerar las operaciones de video (gráficos). VLB proporciona una ruta rápida estandarizada que los fabricantes de tarjetas complementarias (de video) pueden aprovechar para E/S mapeadas en memoria y DMA muy aceleradas, al mismo tiempo que usan el bus ISA familiar para manejar tareas básicas del dispositivo, como interrupciones y E/S mapeadas en puertos. o Algunas placas base 386DX de gama alta también tenían una ranura VL-Bus.

Resumen histórico

Una tarjeta gráfica ATI MACH64 SVGA VLB

A principios de la década de 1990, el ancho de banda de E/S del bus ISA predominante, 8,33 MB/s para ranuras estándar de 16 bits y 8,33 MHz, se había convertido en un cuello de botella crítico para el rendimiento de gráficos y video de PC. La necesidad de gráficos más rápidos fue impulsada por una mayor adopción de interfaces gráficas de usuario en los sistemas operativos de PC. Si bien IBM produjo un sucesor viable de ISA con Micro Channel Architecture que ofrecía un ancho de banda de 66 MB/s, fracasó en el mercado debido al requisito de IBM de licencia y pago de tarifas de licencia por parte de los fabricantes de hardware para usarlo. Si bien se desarrolló una extensión del bus ISA libre de regalías en forma de estándar abierto EISA para contrarrestar MCA, su ancho de banda de 33,32 MB/s no pudo ofrecer una mejora suficiente sobre ISA para cumplir con el aumento significativo en el ancho de banda deseado para gráficos. Sería reemplazado por Peripheral Component Interconnect (PCI), a partir de velocidades de 133 MB/s (32 bits a 33 MHz en la configuración estándar)

Por lo tanto, durante un breve período de tiempo, se produjo una apertura de mercado en la que los fabricantes de tarjetas de video y chipsets de placas base crearon sus propias implementaciones patentadas de buses locales para brindar a las tarjetas gráficas acceso directo al procesador y la memoria del sistema. Esto evitó las limitaciones del bus ISA y resultó menos costoso que una "máquina IBM MCA con licencia". Es importante tener en cuenta que, en ese momento, el costo de migrar a una máquina con arquitectura MCA desde una máquina ISA era considerable. Las máquinas MCA generalmente no ofrecían ranuras ISA, por lo que una migración a la arquitectura MCA significó que cualquier inversión previa en tarjetas ISA quedó inutilizable. Además, los fabricantes de tarjetas compatibles con MCA estaban sujetos a las tarifas de licencia de IBM, que se combinaron con los mayores requisitos técnicos y gastos de implementación de MCA. MCA requería que las tarjetas periféricas no fueran solo "pasivas" miembros, las tarjetas se convirtieron en participantes activos en el aumento del rendimiento del sistema. Tuvo el efecto de hacer una versión MCA de una tarjeta periférica significativamente más cara que su contraparte ISA.

Entonces, si bien estas soluciones ad-hoc específicas del fabricante fueron efectivas, no estaban estandarizadas y no había disposiciones para brindar interoperabilidad. Esto llamó la atención del consorcio VESA y resultó en una propuesta para un estándar de bus local voluntario y libre de regalías en 1992. Un beneficio adicional de esta estandarización (más allá del objetivo principal de un mayor rendimiento de la tarjeta gráfica) fue que otros dispositivos también podrían ser diseñado para utilizar el rendimiento ofrecido por VLB; en particular, se ofrecieron controladores de almacenamiento masivo para VLB, lo que proporcionó un mayor rendimiento del disco duro. El ancho de banda de VLB dependía de la velocidad del bus de la CPU: comenzaba en 100 MB/s para las CPU con un bus de 25 MHz, aumentaba a 133 MB/s a 33 MHz y 160 MB/s a 40 MHz y alcanzaba los 200 MB /s a 50 MHz.

Implementación

Una "ranura VLB" en sí mismo es un conector de borde adicional colocado en línea con el conector ISA o EISA tradicional, con esta porción extendida a menudo coloreada de un marrón distintivo. El resultado es una ranura ISA o EISA normal que además es capaz de aceptar tarjetas compatibles con VLB. Las tarjetas ISA tradicionales siguen siendo compatibles, ya que no tienen pines más allá de la porción normal ISA o EISA de la ranura. Lo contrario también era cierto: las tarjetas VLB son necesariamente bastante largas para llegar al conector VLB y recordaban a las tarjetas de expansión de longitud completa más antiguas de la era anterior de IBM XT. La porción VLB de una ranura se parece a una ranura IBM MCA, ya que de hecho es el mismo conector físico de 116 pines que usan las tarjetas MCA, girado 180 grados. El estándar IBM MCA no había sido tan popular como esperaba IBM, y había un amplio excedente del conector, lo que lo hacía económico y fácilmente disponible.

Limitaciones

Tabla de computadora con 7 ranuras ISA de varios niveles de características. Los tres primeros son ISA de 16 bits. Los tres medios son VLB; 16 bits ISA con la ranura agregada (secciones más altas marrón). La ranura inferior (cortar) es de 8 bits ISA. Una tarjeta instalada en esta placa base tendría su soporte de montaje a la derecha, que normalmente sería el "back" de la caja del ordenador.

El bus local VESA se diseñó como una solución temporal al problema del ancho de banda limitado del bus ISA. Como tal, un requisito para que VLB ganara la adopción de la industria era que tenía que ser una carga mínima para que los fabricantes lo implementaran, en términos de rediseño de placa y costos de componentes; de lo contrario, los fabricantes no se habrían convencido de cambiar sus propias soluciones propietarias. Como VLB fundamentalmente vincula una tarjeta directamente al bus del procesador 486 con una lógica intermediaria mínima (reduciendo el diseño lógico y los costos de los componentes), las tareas de sincronización y arbitraje dependían en gran medida de las tarjetas y la CPU.

Desafortunadamente, esta simplicidad de VLB creó varios factores que limitaron sustancialmente su vida útil:

80486 dependencia

El VESA Local El autobús depende en gran medida del diseño del autobús de memoria Intel 80486 CPU. Cuando llegó el procesador de Pentium, hubo grandes diferencias en su diseño de autobús, no fácilmente adaptable a la implementación de VESA Local Bus. Pocas placas madre pentium con ranuras VLB fueron hechas y utilizar puentes VLB-to-PCI como el OPTi 82C822. Esto también significaba que mover el autobús a una computadora con una arquitectura no-x86 era casi imposible, dentro de limitaciones económicas prácticas.

Número limitado de ranuras disponibles

La mayoría de los PC que usan VESA Local Bus tienen sólo una o dos ranuras ISA compatibles con VLB de los cinco o seis totales disponibles; por lo tanto, cuatro ranuras ISA generalmente son sólo eso, ISA-sólo. Esto es resultado de VESA Local Bus siendo una rama directa del bus de memoria 80486. El procesador no tiene suficiente capacidad eléctrica para conducir correctamente (firma y potencia) más de dos o tres dispositivos a la vez directamente desde este autobús.

Problemas de dependencia

Las estrictas limitaciones eléctricas en el autobús también reducen cualquier margen de seguridad disponible, influenciando negativamente la fiabilidad. Las ranuras entre tarjetas son comunes, ya que la interacción entre tarjetas individuales, combinaciones de tarjetas, la aplicación de la placa base, e incluso el procesador en sí mismo son difíciles de predecir. Esto es especialmente frecuente en las placas madre de gama baja, ya que la adición de más tarjetas VLB podría abrumar una implementación ya marginal. Los resultados pueden ser bastante espectaculares cuando a menudo dispositivos importantes como los controladores de disco duro están involucrados con un conflicto de autobús con un dispositivo intensivo de memoria como la tarjeta de vídeo ubicua.

Como los dispositivos VLB tienen acceso directo de alta velocidad a la memoria del sistema al mismo nivel que el procesador principal, no hay manera de que el sistema intervenga si los dispositivos se configuran mal o se vuelven inestables. Si dos dispositivos sobrescriben la misma ubicación de memoria en un conflicto, y el controlador de disco duro depende de esta ubicación (el controlador HDD a menudo estar el segundo dispositivo conflictivo), existe la posibilidad de corrupción masiva de datos.

Escalabilidad limitada

A medida que aumentaron las velocidades de autobuses de 486 sistemas, la estabilidad de VLB se hizo cada vez más difícil de gestionar. El diseño de bus local ajustado que da a VLB su velocidad se volvió cada vez más intolerante a las variaciones de tiempo, en particular pasadas 40 MHz. El procesador original de 50 MHz 486 de Intel se enfrentaba a dificultades en el mercado, ya que muchas placas madre existentes (incluso diseños no VLB) no se enfrentaban bien con el aumento de la velocidad de bus frontal a 50 MHz. Si uno podría lograr un funcionamiento fiable de VLB a 50 MHz, fue más rápido – pero de nuevo, esto fue notoriamente difícil de lograr, y a menudo se descubrió que no era posible con una configuración de hardware dada.

El sucesor de 486DX-50, el 486DX2-66, elude este problema utilizando una velocidad de bus más lenta pero compatible (33 MHz) y un multiplicador (×2) para derivar la velocidad del reloj del procesador.

Dificultad de instalación

La longitud de la ranura y el número de pines hace que las tarjetas VLB notoriamente difícil de instalar y eliminar. El esfuerzo mecánico es estresante tanto para la tarjeta como para la placa base, y las roturas no son infrecuentes. Esto se complica por la longitud extendida de la tabla de lógica de la tarjeta; a menudo no hay suficiente espacio en el caso PC para apuntar la tarjeta en la ranura, que requiere que se empuje con gran fuerza directamente hacia abajo en la ranura. Para evitar un exceso de flexión de la pizarra durante esta acción, el chasis y la pizarra tuvieron que ser diseñados con soportes buenos y relativamente espaciados para la pizarra, que no es siempre el caso, y la persona que inserta la tabla tuvo que distribuir la fuerza descendente uniformemente a través de su borde superior.

Debido a la longitud de una ranura VLB y a la difícil instalación que resulta de su longitud, un uso alternativo slang del acrónimo VLB es Autobús muy largo.

Legado

"VIP" motherboard GA486IM de Gigabyte Technology

A pesar de estos problemas, el bus local VESA se volvió muy común en las placas base 486 posteriores, y la mayoría de los sistemas basados en 486 posteriores (posteriores a 1992) presentaban una tarjeta de video de bus local VESA. Es importante destacar que VLB ofrece una interfaz de alta velocidad menos costosa para los sistemas principales, ya que solo en 1994 PCI estaba comúnmente disponible fuera del mercado de servidores a través de los conjuntos de chips Pentium e Intel. PCI finalmente desplazó al bus local VESA (y también a EISA) en los últimos años del mercado 486, con la última generación de placas base 80486 con ranuras PCI en lugar de ranuras ISA con capacidad VLB. Sin embargo, algunos fabricantes desarrollaron y ofrecieron "VIP" (VLB/ISA/PCI) placas base con los tres tipos de ranuras.

Datos técnicos