16ビットMCAスロットが2つ（上と中央）。下部にはIBM 8514カード用のMCAスロットがあります。

マイクロチャネルアーキテクチャ（またはマイクロチャネルバス）は、 IBMが1987年に公開した独自の 16ビットまたは32ビットの パラレルコンピュータバスであり、 1990年代半ばまでPS/2などのコンピュータで使用されていました。IBMではMCAと略されていますが、一般的にはMCAと略されています。IBM製品では、 ISAバスに取って代わり、ISAバス自体もPCIバスアーキテクチャに取って代わられました。

背景

マイクロチャネルの開発は、技術的プレッシャーとビジネス的プレッシャーの両方によって推進されました

テクノロジー

後に業界標準アーキテクチャ（ISA）バスとして知られるようになったIBM ATバスには、次のような多くの技術的な設計上の制限がありました

  • バスの速度が遅い。
  • ハードウェアで固定された、限られた数の割り込み。
  • ハードウェアで固定された、限られた数のI/O デバイスアドレス。
  • 競合解決のない、ハードワイヤードで複雑な構成。
  • 80x86チップファミリーのアーキテクチャへのディープリンク[NB 2]

さらに、次のような他の問題も抱えていました。

  • 接地と電力配分が不十分です。
  • システムやメーカーによって異なる、文書化されていないバス インターフェイス標準。

これらの制限は、タスクや周辺機器の範囲が広がり、 IBM PC互換機のメーカー数が増えるにつれて、より深刻になっていった。IBMはすでにデスクトップマシンにおけるRISCプロセッサの採用を検討しており、理論的には、十分に文書化された単一のバスを同社のコンピュータ製品ラインナップ全体で使用できれば、かなりのコスト削減が可能になるはずだった。

市場シェア

新しい標準を作成することで、IBMは必要なライセンスを通じて標準のコントロールを取り戻すことができると考えられました。しかし、特許の付与には3年以上かかる場合があるため、マイクロチャネルが発表された時点では、ISAに関連する特許のみがライセンスできました。プラグアンドプレイの自動構成など、マイクロチャネルの重要な機能に関する特許は、市場でPCIがマイクロチャネルに取って代わるまでIBMに付与されませんでした。全体的な反応は冷淡で、マイクロチャネルが世界のPC市場に与える影響は小さいものでした

設計

PLCCパッケージのCHIPS P82C612

マイクロチャネルアーキテクチャは、エンジニアのChet Heathによって設計されました。[1] [2]開発された多くのマイクロチャネルカードは、 Chips and Technologies P82C612 MCAインターフェースコントローラを使用しており、MCAの実装が大幅に容易になりました。[3]

IBM 83X9648 16ビットネットワークインターフェースカード

概要

マイクロチャネルは主に32ビットバスでしたが、 IBM PS/2の ようなIntelベースのマシンのコネクタとロジックのコストを削減するために設計された16ビットモードもサポートしていました

しかし、状況は決して単純ではありませんでした。32ビット版と16ビット版の両方に、当初はメモリカード用のオプションコネクタが多数追加されていたため、バス接続メモリ用の物理的に互換性のないカードが大量に存在しました。しかし、後にメモリはCPUのローカルバスに移行し、この問題は解消されました。一方で、Micro Channelがグランドピンと電源ピンを追加し、干渉を最小限に抑えるようにピンを配置したため、信号品質は大幅に向上しました。これにより、すべての信号から3ピン以内にグランドまたは電源が配置されました。

グラフィックカード用のコネクタ拡張も追加されました。この拡張はビデオカードからのアナログ出力に使用され、システムボードを経由してシステムのモニター出力にルーティングされました。この拡張の利点は、Micro Channelシステムボードに基本的なVGAまたはMCGAグラフィックシステムを搭載し、より高機能なグラフィック（XGAやその他のアクセラレータカード）が同じポートを共有できることです。これにより、アドオンカードは「レガシー」VGAモードから解放され、必要に応じてオンボードグラフィックシステムを使用できるようになりました。また、アップグレード可能なグラフィック用にシステムボード上のコネクタを1つにまとめることができました。

マイクロチャネルカードには、ソフトウェアで読み取り可能な固有の16ビットIDも搭載されており、これが初期のプラグアンドプレイシステムの基盤となった。BIOSやOSはIDを読み取り、既知のカードのリストと比較し、それに合わせて自動システム構成を実行できる。このため、古いBIOSでは新しいカードを認識できず、起動時にエラーが発生するというブートエラーが発生した。そのため、IBMは定期的に更新されたリファレンスディスク（CMOSセットアップユーティリティ）をリリースする必要があった。既知のIDのかなり完全なリストが公開されている（§ 外部リンクを参照）。これらのリファレンスディスクにはADFファイルが付属しており、セットアップによって読み取られてカードの構成情報が提供された。ADFは単純なテキストファイルで、カードのメモリアドレス指定と割り込みに関する情報が含まれていた。

MCA カードは同等の非 MCA カードの 2 倍近くの価格でしたが、マーケティングでは、ユーザーは誰でも簡単に PC のカードをアップグレードしたり追加したりできるため、技術者にかかる多大な費用を節約できることを強調していました。この重要な領域において、マイクロチャネル アーキテクチャの最大の利点は最大の欠点でもあり、それが消滅の主因の 1 つとなりました。新しいカード (ビデオ、プリンター、メモリ、ネットワーク、モデムなど) を追加するには、ユーザーは MCA カードを接続し、カスタマイズされたフロッピー ディスク(PC に付属) を挿入するだけで、新しいカードが元のハードウェアに自動的に統合されます。高価なトレーニングを受けた技術者を呼んで必要な変更をすべて手動で行う必要はありませんでした。割り込み (多くの場合、これは困惑させる問題です) の選択やその他の変更はすべて PC によって自動的に行われ、フロッピー ディスクから古い構成が読み取られ、ソフトウェアに必要な変更が加えられて、新しい構成がフロッピー ディスクに書き込まれます。しかし実際には、ユーザーは同じフロッピー ディスクをその PC に合わせて保管しておく必要があります。 PCが数台しかない小規模企業にとっては、これは面倒ではあるものの、現実的でした。しかし、数百台、あるいは数千台のPCを抱える大規模組織では、各PCに専用のフロッピーディスクを恒久的に割り当てておくことは、物流上不可能、あるいは不可能でした。元の更新済みフロッピーディスクがなければ、PCのカードに変更を加えることはできませんでした。このような経験が何千回も繰り返された後、ビジネスリーダーたちは、アップグレードの簡素化という理想のシナリオが企業の世界では通用しないことに気づき、より優れたプロセスを模索しました。

データ転送

マイクロチャネルの基本データレートは、ISAの8MHzから10MHzに向上しました。これはクロックレートの点ではわずかな増加でしたが、バス幅の拡大とバーストモード転送を利用する専用のバスコントローラの組み合わせにより、実効スループットはISAの最大5倍になりました。より高速な転送のために、アドレスバスをデータに再利用することができ、バスの実効幅をさらに拡大することができました。10MHzのレートでは 32ビット幅で40MB/秒のスループットが可能でしたが、RS/6000マシンの後継モデルではデータレートが20MHzに、スループットが80MB/秒に向上しました。[4]マイクロチャネルバスの一部の高スループット機能はRS/6000プラットフォームでのみ利用可能であり、当初はIntelプラットフォームで動作するカードではサポートされていませんでした。[5]

バスマスタリングにより、各カードは互いに直接通信できるようになりました。これにより、CPUに依存しないパフォーマンスを実現できました。マルチマスタ設計の潜在的な欠点の一つは、複数のカードがバスマスタリングを試みる際に衝突が発生する可能性があることでしたが、Micro Channelにはこうした状況を修正する調停機能が搭載されており、また、マスタがバーストモードを使用することも可能でした。Micro Channelカードは最大12 ミリ秒間、完全な制御権を保持していました。これは、バス上の他のデバイスが最大数存在し、テープや通信機器などのオーバーランしやすいデバイスからの受信データを バッファリングするのに十分な時間でした。

複数のバスマスタのサポートと改良されたアービトレーションにより、複数のデバイスが共存し、システムバスを共有することが可能になります。マイクロチャネルのバスマスタ対応デバイスは、システムCPUよりも高速な速度で、他のシステムからの介入なしに、バスを介して相互に直接通信（ピアツーピア）することも可能です。理論上、マイクロチャネルアーキテクチャシステムは、メインフレームのように、インテリジェントマスタを追加するだけで拡張可能であり、CPUを定期的にアップグレードする必要はありません。

アービトレーションの強化により、制御がより効率的に渡されるため、システムスループットが向上します。高度な割り込み処理とは、レベルセンシティブな割り込みを使用してシステム要求を処理することを指します。専用の割り込みラインではなく、複数のラインを共有することで、より多くの割り込み処理を可能にし、ISAバスの割り込みラインの競合問題に対処します。

Micro Channelアーキテクチャでは、すべての割り込み要求信号が「パブリック」であり、バス上の任意のカードがI/Oプロセッサとして機能し、I/Oデバイスからの割り込みを直接処理できました。ISAでは、このような処理はすべてシステムのCPUのみに制限されていました。同様に、バスマスタの要求信号と許可信号もパブリックであったため、バスに接続されたデバイスは遅延を監視し、I/Oプロセッサの内部バッファリングを制御できました。これらの機能はPCIでは採用されておらず、すべてのI/Oサポートはシステムボード上のプロセッサから独自に提供される必要がありました。

Micro Channelアーキテクチャにおける最後の主要な改良点は、POS （Programmable Option Select）でした。これにより、すべてのセットアップをソフトウェアで実行できるようになりました。今では当たり前の機能ですが、当時ISAシステムではセットアップが大変な作業でした。POSは、ファームウェアにデバイスIDを組み込み、コンピュータのドライバがそれを解釈するというシンプルなシステムでした（この種のソフトウェア構成システムは、今日ではプラグアンドプレイと呼ばれています）。しかし、この機能は期待に応えられませんでした。自動構成は、機能しているときは問題ありませんでしたが、機能しないことが頻繁にあり、その結果、コンピュータが起動しなくなりました。また、手動での介入による問題の解決は、ISA システムを構成するよりもはるかに困難でした。その理由は、MCA デバイスのドキュメントでは、自動構成が機能することを前提としていることが多く、手動で設定するために必要な情報が提供されていなかったためです。一方、ISA デバイスのドキュメントでは、必然的にすべての詳細が提供されていました (ただし、すべてのIRQ設定を物理的に削除して確認し、新しいデバイス用の新しい IRQ を見つけて設定する (適切な IRQ が使用可能である場合) のは、ISA にとってまったく楽しいことではなく、多くのユーザーにとって困難でした。ソフトウェアによる構成への移行が試みられた理由と、これが後にPnPの形で成功する理由は明らかです)。

受付

1983年11月、エコノミスト誌は、IBM PC規格がパーソナルコンピュータ市場を支配していることは「競争の活性化につながる」ため問題ではないと述べました。同誌は[6]と予測しました

IBMは間もなく、競合他社と同様に自社の標準規格に縛られることになるだろう。十分な数のIBM製マシンが購入されれば、IBMは基本設計を突然変更することはできない。競合他社を追い出すのに役立つかもしれない変更は、さらに多くの顧客を奪ってしまうことになるからだ。

マイクロチャネル・アーキテクチャは、1987年4月のPS/2シリーズの発売時に公式に発表され、新製品の4台中3台に搭載されました。[NB 3] IBMは実際には、IBM PS/2の発売半年前の1986年10月に、「Gearbox」産業用コンピュータ7552シリーズの一部として、マイクロチャネル・アーキテクチャをひそかに発表していました。これらのコンピュータは、ラックマウント可能な堅牢なモジュール型産業用PCでした。16ビットMCAとISAのハイブリッドバスを備え、一部のISA信号線は無効化されていました。[7] [8] [9] [10]

IBMにおけるMCAの使用はRS/6000、AS/400にまで広がり、最終的にはSystem/370シリーズの最小モデルであるIBM 9370システムにまで広がりました。[11] [12]

IBMは、最初の1年間はMicro Channelのライセンス供与をまったく行わない方針を明らかにした後、[13]、収益の1〜5％でこのアーキテクチャのライセンスを他の企業に供与しました。[14] Tandy Corporationは、Micro Channelベースのコンピュータである5000 MCを初めて出荷しましたが、社長のJohn Roachは、「これを欲しがる人がいるとは驚きです」と述べました。Tandyは、需要があったからコンピュータを販売しただけだと彼は言いました。[15] NCR Corporationは、Micro Channelを包括的に採用しました。SCSI、グラフィックス、ネットワーク、オーディオなどの独自のMicro Channelアーキテクチャベースのロジックコンポーネントを含め、Micro Channelをサポートする高性能パーソナルコンピュータ、ワークステーション、およびサーバープラットフォームを設計および構築しました。 Apricot、Dell、Research Machines、Olivettiなど、他の少数のメーカーもMicro Channelを採用しましたが、PC製品の一部にのみ採用されました。

MCAはISAに比べて技術的に大きく進歩していたにもかかわらず、IBMによる導入とマーケティングの対応がまずかったことがすぐに明らかになりました。IBMはマイクロチャネル・アーキテクチャのシステム機能に関する強力な特許を保有しており、マイクロチャネル・システムメーカーにライセンス料を課していました。さらに、第三者によるライセンスのない実装の販売を阻止するために、積極的に特許取得を進めていました。PCクローン市場は、この新技術を利用するためにIBMにロイヤリティを支払うことを望まず、16ビットATバス（IBMの「AT」商標を避けるためISAに改名）と手動設定を主に採用しました。ただし、VESAローカルバス（VLB）はIntel '486マシンで一時的に普及しました。

IBMへの不満は高まっていった。[13]サーバーにとって旧ISAの技術的限界はあまりにも大きく、1988年後半、コンパック率いる「ギャング・オブ・ナイン」は、対抗する高性能バスであるExtended Industry Standard Architecture（EISA）を発表した。これはMicro Channelと同様のパフォーマンス上の利点を提供したが、旧式のISAボードに対応できることと、IBMの支配から逃れられるという二重の利点があった。

IBMがEISAと同時にATバスベースのPS/2 Model 30 286を発表したことは、ATバスが時代遅れであると顧客に伝えてから17ヶ月が経過したにもかかわらず、顧客が依然としてそれを求めているという同社の認識を示したものであった。 [16] EISAとMicro Channelは長年にわたりサーバー市場で激しい競争を繰り広げたが、1996年にIBM自身もEISAバスサーバーを発売したことで、IBMは事実上敗北を認めた。[17] 2001年、IBMの幹部ロバート・モファットは、PC市場における同社の失敗の中で「最も明白なのはMicro Channelだ」と述べた。[18]

1992 年に登場してから数年のうちに、PCI はMicro Channel、EISA、VLB に取って代わりました。

コンソーシアム

EISAの台頭を受けて、IBMと13社のマイクロチャネルカードおよび周辺機器メーカーがマイクロチャネル開発者協会を設立しました。これは、マイクロチャネルの成熟に向けたステップを検討し、優先順位を付けるとともに、マイクロチャネルに関する技術情報を第三者に広めるためのより良い方法を模索するコンソーシアムでした。 [19] 1992年には、IBMを含む92社の会員が参加しました。[20] IBMが1995年にMCAシステムを廃止した後も、コンソーシアムは会議を開催し、MCAデバイスのカタログをオンラインで維持しました。[21]

サードパーティの採用

1980年代後半から1990年代初頭にかけて、PS/2以外のコンピュータが多数製造されました。このようなサードパーティ製コンピュータは、PS/2クローンまたはMCAクローンとも呼ばれていました。[22] [23]最初のサードパーティ製マイクロチャネルベースのコンピュータは、 1988年のTandy Corporationの5000 MCでした。[24] [25] [26]マイクロチャネルコンピュータのサードパーティメーカーは、マイクロチャネル技術の合法的な使用を許可するためにIBMが負担した高額なライセンス料もあって、高額な研究開発費を費やしましたが、1990年までにほとんどのMCAクローンは、マイクロチャネルアーキテクチャやマイクロチャネルベースの拡張カードと完全に互換性がありませんでした。 [27] IBMが1987年にマイクロチャネルを一般大衆に紹介する手段として機能したPS/2パーソナルコンピュータラインを1992年に終了する頃には、 NCR CorporationはMCAクローンの熱心なベンダーとして数少ない残りの1社であり続けました。[28]

カード

マイクロチャネルバス用の拡張カードは、通常、 SCSI、トークンリング、イーサネット、IBM 5250、IBM 3270接続 を備えたハイエンドのグラフィックワークステーションまたはサーバーの要件を対象としていました

Roland MPU-IMC; IRQジャンパーを備えた第2版
ソフトウェア制御のIRQ選択を備えたChipChat 16

サウンドカード

MCAサウンドカードはごく少数しか製造されませんでした。例としては以下が挙げられます。

  • AdLib MCAミュージックシンセサイザーカード[29]
  • チップチャットサウンド-16 [30]
  • チップチャットサウンド-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オーディオベーション、SKU：92G7463、92G7464 [33]
  • IBM Ultimediaオーディオアダプタ7-6はRS/6000システム、または特別な手順でNTのPS/2システムとのみ互換性があります[34]
  • 回答SB16 [35]
  • ローランド MPU-IMC [36]
  • パイパーリサーチサウンドパイパー16 [37]

参照

注記

  1. ^ 正式な導入。 1986年にIBMの「Gearbox」産業用PCの一部として秘密裏に導入されました（§ 導入を参照）。
  2. ^ 80x86 CPUファミリーを採用したマシン以外でISAバスが使用されることは稀でした。ISAバスを採用した注目すべき非x86ハードウェアとしては、IBM RT PC、BeBox、一部のApollo/Domainワークステーション、およびDigital Equipmentの AlphaServerシリーズの一部が挙げられます。
  3. ^ モデル50、60、80 -モデル30はISA​

参考文献

  1. ^ 「IBM Wild Duck Flies South」、ジョン・C・ドヴォラック、2001年4月9日
  2. ^ 「なぜMCAなのか？」
  3. ^ 「82C611、82C612 MicroCHIPS：マイクロチャネルインターフェースパーツ」。Chips and Technologies。
  4. ^ RISC システム/6000 POWERstation/POWERserver 580。
  5. ^ Infoworld、1990年3月5日、1ページ。
  6. ^ 「IBMに対抗できる企業はあるか？」エコノミスト誌、1983年11月26日。
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  11. ^ 「…膨大な数のリモートIBM MicroChannel/370（9371）システム…」z/VSEについて
  12. ^ マイクロチャンネル370 アナウンスレター番号190-141 1990年9月5日付
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  35. ^ 「Reply サウンド カード」。
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  37. ^ 「SoundPiper」
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