Erweiterungen & Karten & Anschlüsse [BUSARCHITEKTUR]
Seit Mitte der 70er Jahre etablierte sich die Methode Erweiterungskarten
(z.B. zur Ansteuerung eines Druckers) nicht nur für einen Typ von
Computer zu entwickeln, sondern einen standardisierten Anschluss (Bus)
mit ebenfalls einem Standard unterliegendem Protokoll zu versehen. Als
die Firma Apple Ende der 70er Jahre die Rechner "Apple I" und den populären
"Apple II" auf den Markt brachten, versahen sie die Modelle mit einem bereits
verbreiteten Busanschluss, dem S100 Bus. Im original Apple II, wie auch in den
kompatiblen Nachbauten der anderen Anbieter fanden sich bis zu sechs S100 Slots, zur Aufnahme eines parallelen oder seriellen Druckeranschlusses,
der Z80 Erweiterungskarte für den CP/M 2.2 Betrieb, Joystickadapter
oder Netzwerkkarten.
Der S100 kann mit Fug & Recht als "Urvater" der Erweiterungsanschlüsse
angesehen werden, ein Vorgänger mit noch vielen kleinen Problemen
- zum Beispiel war es möglich eine kurze Karte "falsch herum" in den Slot zu schieben, da die Baumaße für diesen Anschluss nicht
ausreichend genormt waren. Ein größeres Problem : Die Stromversorgung für 8 und
16 Volt liegen direkt nebeneinander - verkanntet die Karte bei anliegendem Strom
ist die Katastrophe perfekt.
Aus heutige Sicht sind viele weitere Probleme offensichtlich : der S100 stammt
aus "TTL-Zeiten", in denen es außer dem 8080-µP kaum LSI-Bausteine gab. Die
komplette Steuerung, alle Puffer und Zwischenspeicher sind in TTL-Logic
aufgebaut. Der komplette Bus (immerhin 2x50 Leitungen) musste durch das
komplette System geführt werden. Trotz dieser Nachteile, die sich vor allem in
geringer Performance niederschlugen, wurde der S100 vor allem in den USA zum
ersten Standardbus, und das obwohl die Richtung auf dem Bus unidirektional war.
Ungefähr aus der gleichen Zeit (Mitte der 1970er Jahre) stammt der IEC-Bus
(IEEE 488 oder auch HP-IB (HP-Interface Bus)) genannt. Der erste
Computer bei dem der IEC-Bus eingesetzt wurde war Commodores PET. Der Bus selbst
umfasst acht Datenleitungen, drei zur Datensteuerung und fünf Leitungen zur
Busverwaltung. Das System versetzt alle Geräte am Bus in einen von drei
Zuständen : Listener (empfangende Geräte), Talker (sendende Geräte) oder
Controller (regelnde Geräte). Geräte können auch mehrere Zustände gleichzeitige
einnehmen. Die Logik auf dem Bus ist negativ ausgelegt. Dies ermöglicht die
Verquickung der Signale mehrerer Empfänger durch en verdrahtetes ODER zu
verknüpfen.
Der nächste, weit verbreitete Bus wurde von der Firma IBM mit
der Entwicklung des "IBM Personal Computer" vorgestellt - der "Industry
Standard Adapter" -> ISA. Die Urform des ISA Steckplatz besaß eine
Datenbandbreite von 8 Bit und war dem S100 sehr ähnlich. Selbst in Intel Pentium III Systemen
war es noch möglich, eine Karte aus
dieser Zeit zu betreiben. Mit der Entwicklung des "IBM AT" stellte IBM
die erweiterte Form des ISA vor, der 16-Bit ISA Adapter, der bis heute
als Standard beschrieben werden kann. Bedingt durch die 7,4 MHz Busgeschwindigkeit
ist der ISA Bus zur Aufnahme von Grafikkarten eher ungeeignet. Bei der
ISA Einführung zeigte sich IBM mit relativ niedrigen Lizenzgebühren
den Konkurrenten gegenüber offen ; aus diesem Grunde etablierte sich
der ISA. Kurz nach dem Jahrtausendwechsel ist der ISA-Bus endgültig
ausgestorben. Das Bild wird aktuell von PCI, AGP und PCI-X Erweiterungen
geprägt.
Mit Hinsicht auf die mangelnde Datengeschwindigkeit im Bereich der
Grafikausgabe entwickelte IBM für die "IBM PS/2" Serie den "Micro
Channel Adapter" -> MCA, der jedoch außerhalb der IBM Serie kaum
Anklang fand. Es war nicht die Leistung die andere Hersteller abschreckte,
die 32-Bit Datenbreite ermöglichte hohe Leistungen besonders im Grafikbereich
; doch hohe Lizenzkosten und die ausschließliche Ausstattung der
"PS/2" Serie mit MCA Steckplätzen trugen zum Untergang dieser Adapterart
bei. Die Konkurrenten erweiterten unter eigener Federführung der ISA
zum EISA Bus, mit doppelt so vielen Leitungen. Vor allem Systeme auf Basis
einer 80386 CPU wurden mit dem EISA Bus ausgestattet. In einigen Quellen
wird jedoch von einer geringen, aber vorhandenen Inkompatibilität zwischen
EISA und ISA gesprochen, eine Aussage die ich nicht verifizieren kann.
Im Bereich der Grafikausgabe wuchsen die Ansprüche, die 80486
Prozessorgeneration eröffnete für Betriebssysteme, Anwendungen
und vor allem leistungshungrigen Spielen neue Möglichkeiten. Das VESA
Konsortium unter Führung von Compaq und einigen namhaften Grafikkartenherstellern
legte mit dem "Vesa Local Bus" einen Entwurf vor, der allgemeine Akzeptanz
außerhalb von IBM fand. Der lokale Bus ermöglichte direkten
Transfer zum Hauptprozessor, da es sich beim VLB genau genommen um eine
Verlängerung des Prozessorbusses handelt. Auf Basis dieses 32-Bit
Busses wurden die ersten Grafikbeschleunigerkarten entwickelt und auch
die schneller gewordenen Festplatten vom EIDE und SCSI Typ warteten darauf
einen schnelleren Transfer von Daten zu Erfahren. Bedingt durch die Nahe
Hardwareentwicklung zum 80486 Prozessor ging man bei den 80586 Systemen
einen anderen Weg. Der PCI Bus begann seinen Siegeszug, der bis heute anhält.
Systemübergreifende Architektur des PCI Busses sorgten für eine
weite Verbreitung.
Mit 32-Bit Datenbreite, 33 MHz Busfrequenz ließen sich auf dem
PCI Bus leistungsfähige Karten entwickeln - technisch versierte Freunde
der Geschwindigkeit gingen dazu über den Takt des Busses zu erhöhen.
Die Firma Apple erhöhte die Leistung des PCI Busses bei einigen Modellen
auf 40 MHz, was deutlich über der eigentlichen Empfehlung für
die "Intel Prozessor basierenden Computer" liegt.
1998 wurde mit den "Advanced Graphic Port" -> AGP, ein spezieller Adapter
für die Grafikkarte entwickelt, der deutlich höhere Datenraten
zuläßt und derzeit als das "Nonplusultra" im Bereich der Adapteranschlüsse
angesehen werden kann.
Außerhalb der IBM Welt entwickelten sich im Bereich der "Commodore
Amiga" Computer eigene Bussysteme unter der Bezeichnung "Zorro", die jedoch
niemals außerhalb der eigenen Computerreihe eingesetzt wurden. Die
jüngeren Computersysteme für das "Amiga OS" benutzen ebenfalls
den PCI Adapter ; bedingt durch den Konkurs der Mutterfirma Commodore sehe
ich jedoch derzeit kaum Chancen für die Entwicklung eines "Amiga OS"
basierenden Computers mit AGP Port. Ähnlich erging es dem Computerhersteller
Atari, der auf eigene Buskonzepte setzte.
In der "Apple Welt" herrschten lange Zeit der NuBus (32-Bit) und der
PDS / PDS030 Slot das geschehen. Derzeit wird es immer schwieriger neuere
Karten als NuBus Version zu beziehen. Bei vielen Apple Modellen muß
sich der Anwender entscheiden, ob er zum Beispiel eine Grafikkarte oder
ein "Beschleunigerboard" in seinen Mac einbauen möchte, da üblicherweise
nur ein "Processor Direct Slot" -> PDS [16 bit] bzw. PDS030 [32 bit] Slot
zu Verfügung steht.