1 パソコンの拡張スロットに差し込んで使うボードを設計したい 標準拡張バス/ スロット仕様のいろいろ 桑野 雅彦 / 熊谷 あき 一般的なデスクトップ・パソコン用，ノート・パソコン用，産業システム用など，さまざまな拡張バス仕様が存在する．ま たパソコンの処理性能の向上に合わせ，拡張バスもデータ転送性能を向上させた仕様に進化している．ここでは標準的に使 われている拡張バスや拡張スロットについて，その特徴や概要について解説する． （編集部） 1．拡張バスの必要性 2 ．ISA バス パソコンは，ソフトウェアを入れ替えればさまざまな処 ● ISA バスの概要 理をこなせる汎用システムです．汎用性を高める一つの方 CPU に 80286 を採用した PC/AT は，その前身である 向は，拡張性にあるといえます．ある処理を実現するの PC/XT の 8 ビット幅の拡張スロットである XT バスと上 に，そのパソコンに標準で装備されている機能で足りない 位互換性を持たせながら 16 ビット幅に拡張した，いわゆ 場合，必要な機能を追加して拡張できるしくみが必要で る AT バスになります．そしてこれを標準化したのが ISA す．そのしくみの中で最も基本的な手法が，拡張バスと呼 （Industrial Standard Architecture）バスと呼ばれるもので ばれるものです（図 1）． す．PC/XT から拡張したため，ISA バスのコネクタは XT 最近では USB が広く普及し，これまでは拡張バスでし 互換の 8 ビット・バス部分である P1 コネクタと，16 ビッ か接続できなかったような周辺機器でも，USB で接続で ト拡張部分の P2 コネクタに分かれています．写真 1 に ISA きるタイプが登場してきており，拡張バスを使わなくても バス・コネクタと ISA バス・ボードの外観を示します． 充分な拡張性が確保できるようになってきました．しかし PC/XT と PC/AT 共に，マザーボードには必要最小限 それでもデータ転送性能を考えると，USB は拡張バスには のものしか搭載されておらず，ビデオ・カードや，シリア かないません．拡張バスが必要とされる分野はまだまだ ル/パラレル・カードなどはもちろんのこと，メモリの拡 残っています． 張もすべて拡張バスにメモリ・カードを挿入するという方 法をとっていました． このような事情から，AT バスの基本タイミングは 8 ビッ ト・アクセスの 8088 風のバス・タイミングです．通常は 8 機能Aを使用す るドライバ＆ア プリケーション をインストール パソコン本体には ない機能Aをもつ 拡張カード ビット・タイミングで，16 ビット・アクセスのときにはア クセス動作開始時に IOCS16/MEMCS16 信号（後述）を 使って 16 ビット・アクセス動作に切り替えるという仕様 になっています． また困ったことに AT バスのタイミング規定は，もとも とそれほどはっきりしたものがありません．互換機メーカ 機能Aを処理できるようになる してみたり，性能向上のためにバスの動作クロックを引き 図 1 拡張バスの必要性 40 が PC/AT の実機を調べて，似たようなタイミングを作成 KEYWORD ―― ISA，PC/104，C バス，PCI，PCI-X，PCI Express，AGP，PICMG，VME，CompactPCI，PCMCIA， CardBus，ExpressCard Feb. 2009 第1章 標準拡張バス/スロット仕様のいろいろ Pro 1 2 （b）ISA バス・カード （a）マザーボード ISA バス・コネクタ 3 写真では白色だが，一般的には黒色のコネクタが多い． 写真 1 ISA バスの外観 4 表 1 ISA バスと E-ISA バスの比較 上げたものが出てくるなどもありました．いわゆる「相性 問題」が多発したこともうなずけます． ● ISA バスの標準規格 その後，AT バスの仕様としてある程度きちんとドキュ ISA バス・クロック（最大） I/O アクセス動作時のアドレス SYSCLK バス・クロック 8MHz 10 ビット注 1 （SA0 ∼ SA9） 非同期 5 E-ISA 8.33MHz 16 ビット （SA0 ∼ SA15） 7 メント化されたものが二つあります．IEEE-P996 として標 準化された ISA バスと，AT バスを拡張して 32 ビット化 拡張カードが ISA バスを直接操作できるというものです． を図った EISA バス仕様の中の 8/16 ビット・バス部分（E- DMA を使うよりも高速なデータ転送が行えます． ISA）です． ● メモリ・アクセス・サイクル 両者ともほぼ同一の仕様であり，多くの互換性があり ますが，微妙な差異もあるので，設計に当たっては注意 が必要です 注1 ．表 1 に ISA バスと E-ISA バスの比較を示 します． 最も基本的なメモリ・アクセスで利用される信号には， 次のようなものがあります． ¡アドレス SA0 ∼ SA19（P1）および LA17 ∼ LA23（P2） ● データ転送動作 ISA バス（E-ISA も同じ）の基本データ転送サイクルは， （1）8 ビット・メモリ・アクセス （2）16 ビット・メモリ・アクセス ¡コマンド -SMEMR/-SMEMW（P1）-MEMR/-MEMW（P2） BALE（P1） ¡同期など（パソコン側への入力） （3）8 ビット I/O アクセス -0WS（P1 ：ゼロ・ウェイト・ステート） （4）16 ビット I/O アクセス IOCHRDY（P1 ： I/O チャネル・レディ） （5）DMA サイクル -MEMCS16（P2） （6）リフレッシュ・サイクル -SBHE（P2 ：バイト・ハイ・イネーブル） （7）バス・アービトレーション・サイクル 基本動作は，リード/ライトしたいアドレスが出力され， の 7 種類です．リフレッシュ・サイクルは，ISA バス上に コマンドでリード/ライトを行い，-0WS があればアクセ DRAM カードを差し込んだときのためにありましたが，現 ス・タイミングが通常より短くなり，IOCHRDY をネゲー 在ではまず利用されることはありません．バス・アービト ト（ “H”レベルに戻す）すると再びアサートされるまでウェ レーションは DMA サイクルの拡張のようなものです． DMA リクエスト，DMA アクノリッジが出た後で -MASTER 信号をアサートすると，ISA バスが開放されて Feb. 2009 6 同期 注 1 ：80286 などの I/O アドレス空間は 16 ビットある．しかし，PC/AT で はアドレス・デコーダを節約するため下位 10 ビットのみデコードして いる． 41 App
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