Arquitectura de microcanales

El bus IBM AT , que más tarde se conoció como el bus Industry Standard Architecture (ISA), tenía una serie de limitaciones de diseño técnico, entre las que se incluyen:

• Una velocidad de autobús lenta.
• Un número limitado de interrupciones , fijas en el hardware.
• Un número limitado de direcciones de dispositivos de E/S , también fijas en el hardware.
• Configuración compleja y cableada sin resolución de conflictos.
• Enlaces profundos a la arquitectura de la familia de chips 80x86 ^{[ NB 2 ]}

Además, sufría otros problemas:

• Mala conexión a tierra y distribución de energía deficiente .
• Estándares de interfaz de bus no documentados que variaban entre sistemas y fabricantes.

Estas limitaciones se agravaron a medida que aumentaba la variedad de tareas y periféricos, así como el número de fabricantes de ordenadores compatibles con IBM PC . IBM ya estaba investigando el uso de procesadores RISC en ordenadores de sobremesa y, en teoría, podría ahorrar una cantidad considerable de dinero si pudiera utilizar un único bus bien documentado en toda su gama de ordenadores.

Se creía que, al crear un nuevo estándar, IBM recuperaría el control de los estándares mediante las licencias necesarias. Sin embargo, dado que la concesión de patentes puede tardar tres años o más, solo se pudieron licenciar las relacionadas con ISA cuando se anunció Micro Channel. Las patentes sobre características importantes de Micro Channel, como la configuración automática Plug and Play , no se concedieron a IBM hasta después de que PCI reemplazara a Micro Channel en el mercado. La acogida general fue tibia y el impacto de Micro Channel en el mercado mundial de PC fue mínimo.

El Micro Channel era principalmente un bus de 32 bits, pero el sistema también admitía un modo de 16 bits diseñado para reducir el coste de los conectores y la lógica en máquinas basadas en Intel , como la IBM PS/2 .

Sin embargo, la situación nunca fue tan sencilla, ya que tanto las versiones de 32 bits como las de 16 bits inicialmente contaban con varios conectores opcionales adicionales para tarjetas de memoria, lo que resultaba en una gran cantidad de tarjetas físicamente incompatibles para la memoria conectada al bus. Con el tiempo, la memoria se trasladó al bus local de la CPU , eliminando así el problema. Como ventaja, la calidad de la señal mejoró notablemente, ya que Micro Channel añadió pines de tierra y alimentación y los dispuso para minimizar las interferencias; de esta forma, la tierra o la alimentación se ubicaban a menos de tres pines de cada señal.

Se incluyó una extensión de conector adicional para tarjetas gráficas . Esta extensión se utilizaba para la salida analógica de la tarjeta de video , que luego se enrutaba a través de la placa base hasta la salida de monitor del sistema. La ventaja de esto era que las placas base Micro Channel podían tener un sistema gráfico VGA o MCGA básico integrado, y las tarjetas gráficas de nivel superior ( XGA u otras tarjetas aceleradoras ) podían compartir el mismo puerto. De esta manera, las tarjetas adicionales podían prescindir de los modos VGA " antiguos ", utilizando el sistema gráfico integrado cuando fuera necesario, y permitiendo un único conector en la placa base para tarjetas gráficas que pudieran actualizarse.

Las tarjetas Micro Channel también contaban con una ID única de 16 bits legible por software, que constituía la base de un sistema plug-and-play inicial . La BIOS y/o el sistema operativo podían leer las ID, compararlas con una lista de tarjetas conocidas y realizar la configuración automática del sistema según fuera necesario. Esto provocaba fallos de arranque, ya que una BIOS antigua no reconocía una tarjeta más reciente, lo que causaba un error al iniciar el sistema. A su vez, esto obligó a IBM a publicar discos de referencia actualizados (la utilidad de configuración de la CMOS ) periódicamente. Existe una lista bastante completa de las ID conocidas (véase §  Enlaces externos ). Junto con estos discos de referencia, se incluían archivos ADF, que eran leídos por la configuración y que, a su vez, proporcionaban información de configuración para la tarjeta. El ADF era un simple archivo de texto que contenía información sobre el direccionamiento de memoria y las interrupciones de la tarjeta.

Aunque las tarjetas MCA costaban casi el doble que las tarjetas no MCA comparables, la publicidad destacaba que era sencillo para cualquier usuario actualizar o añadir más tarjetas a su PC, ahorrando así el considerable gasto de un técnico. En este aspecto crucial, la mayor ventaja de la arquitectura Micro Channel era también su mayor desventaja, y una de las principales razones de su desaparición. Para añadir una nueva tarjeta (vídeo, impresora, memoria, red , módem , etc.), el usuario simplemente conectaba la tarjeta MCA e insertaba un disquete personalizado (incluido con el PC) para integrar automáticamente la nueva tarjeta en el hardware original, en lugar de recurrir a un técnico especializado que realizara manualmente todos los cambios necesarios. Todas las opciones de interrupción (un problema a menudo complejo) y otros cambios se realizaban automáticamente por el PC, que leía la configuración anterior del disquete, realizaba los cambios necesarios en el software y, a continuación, escribía la nueva configuración en el disquete. En la práctica, sin embargo, esto significaba que el usuario debía conservar el mismo disquete para ese PC . Para una pequeña empresa con pocos ordenadores, esto resultaba molesto, pero práctico. Para las grandes organizaciones con cientos o incluso miles de ordenadores, asignar permanentemente un disquete a cada uno era logísticamente improbable o imposible. Sin el disquete original actualizado, no se podían realizar cambios en las tarjetas del ordenador. Tras repetirse esta experiencia miles de veces, los líderes empresariales se dieron cuenta de que su ideal de simplicidad en las actualizaciones no funcionaba en el mundo corporativo y buscaron un proceso mejor.

La velocidad de datos básica del Micro Channel se incrementó de 8  MHz (de ISA) a 10 MHz. Si bien este incremento en términos de frecuencia de reloj  fue modesto , el mayor ancho de bus, junto con un controlador de bus dedicado que utilizaba transferencias en modo ráfaga , permitió que el rendimiento efectivo fuera hasta cinco veces superior al de ISA. Para transferencias más rápidas, el bus de direcciones podía reutilizarse para datos, aumentando aún más el ancho efectivo del bus. Mientras que la velocidad de 10 MHz permitía un rendimiento de 40 MB/s con un ancho de 32 bits, los modelos posteriores de máquinas RS/6000 aumentaron la velocidad de datos a 20 MHz y el rendimiento a 80 MB/s. ^{[ 4 ]} Algunas funciones de mayor rendimiento del bus Micro Channel solo estaban disponibles para la plataforma RS/6000 y no eran compatibles inicialmente con tarjetas que operaban en una plataforma Intel. ^{[ 5 ]}    

Con el bus mastering , cada tarjeta podía comunicarse directamente con otra. Esto permitía un rendimiento independiente de la CPU. Una posible desventaja del diseño multimaster eran las posibles colisiones cuando más de una tarjeta intentaba controlar el bus, pero Micro Channel incluía una función de arbitraje para corregir estas situaciones y también permitía que un maestro utilizara un modo de ráfaga . Las tarjetas Micro Channel tenían control total durante hasta 12 milisegundos . Este tiempo era suficiente para permitir que el mayor número posible de otros dispositivos en el bus almacenaran en búfer los datos entrantes de dispositivos con sobrecarga, como cintas y comunicaciones. 

La compatibilidad con múltiples maestros de bus y la mejora en la arbitraje permiten que varios dispositivos de este tipo coexistan y compartan el bus del sistema. Los dispositivos compatibles con Micro Channel pueden incluso comunicarse directamente entre sí ( de igual a igual ) a velocidades superiores a las de la CPU del sistema, sin necesidad de ninguna otra intervención del sistema. En teoría, los sistemas con arquitectura Micro Channel podrían ampliarse, al igual que los mainframes , simplemente añadiendo maestros inteligentes, sin necesidad de actualizar periódicamente el procesador central.

La optimización del arbitraje garantiza un mejor rendimiento del sistema, ya que el control se transmite de forma más eficiente. El manejo avanzado de interrupciones se refiere al uso de interrupciones sensibles al nivel para gestionar las solicitudes del sistema. En lugar de una línea de interrupción dedicada, se pueden compartir varias líneas para proporcionar más interrupciones posibles, lo que resuelve los problemas de conflicto de líneas de interrupción del bus ISA.

En la arquitectura Micro Channel, todas las señales de solicitud de interrupción eran públicas, lo que permitía que cualquier tarjeta del bus funcionara como procesador de E/S para atender directamente las interrupciones de los dispositivos de E/S. El conjunto de instrucciones (ISA) limitaba este procesamiento únicamente a la CPU del sistema. Asimismo, las señales de solicitud y concesión del controlador del bus eran públicas, de modo que los dispositivos conectados al bus podían monitorizar la latencia para controlar el almacenamiento en búfer interno de los procesadores de E/S. Estas características no se adoptaron para PCI, lo que requería que todo el soporte de E/S proviniera exclusivamente del procesador de la placa base.

La última gran mejora de la arquitectura Micro Channel fue POS , la Selección de Opción Programable , que permitía que toda la configuración se realizara mediante software. Esta característica se da por sentada ahora, pero en aquel entonces la configuración era una tarea titánica para los sistemas ISA. POS era un sistema simple que incluía identificadores de dispositivo en el firmware , que los controladores del ordenador debían interpretar. (Este tipo de sistema de configuración por software se conoce hoy como plug and play ). La característica no cumplió realmente con lo prometido; La configuración automática funcionaba bien cuando lo hacía, pero con frecuencia no lo hacía , lo que provocaba que el ordenador no arrancara , y resolver el problema mediante intervención manual era mucho más difícil que configurar un sistema ISA, sobre todo porque la documentación del dispositivo MCA tendía a asumir que la configuración automática funcionaría y, por lo tanto, no proporcionaba la información necesaria para configurarlo manualmente, a diferencia de la documentación del dispositivo ISA, que por necesidad proporcionaba todos los detalles (sin embargo, tener que quitar físicamente y comprobar todos los ajustes de IRQ , y luego encontrar y configurar el nuevo IRQ para un nuevo dispositivo , si había uno adecuado disponible , para ISA no era nada divertido y estaba fuera del alcance de muchos usuarios; es obvio por qué se intentó pasar a la configuración arbitrada por software, y por qué esto tuvo éxito más tarde en forma de PnP ).    

Se fabricaron muy pocas tarjetas de sonido MCA. Algunos ejemplos son:

• Tarjeta sintetizadora de música AdLib MCA ^{[ 29 ]}
• Sonido ChipChat-16 ^{[ 30 ]}
• Sonido ChipChat-32 ^{[ 30 ]}
• Creative Labs Sound Blaster MCV, SKU : CT5320 ^{[ 31 ]}
• Creative Labs Sound Blaster Pro 2 MCV, SKU : CT5330 ^{[ 31 ]}
• IBM Rexon/Tecmar M-ACPA, SKU : 95F1288, 34F2787 ^{[ 32 ]}
• IBM Audiovation, SKU : 92G7463, 92G7464 ^{[ 33 ]}
• Adaptador de audio IBM Ultimedia 7-6, solo compatible con sistemas RS/6000 o sistemas PS/2 bajo NT con un procedimiento especial ^{[ 34 ].}
• Responder SB16 ^{[ 35 ]}
• Roland MPU-IMC ^{[ 36 ]}
• Piper Research SoundPiper 16 ^{[ 37 ]}