ISA总线

2024年3月28日发(作者：2003款奥迪a6参数配置)

一、ISA插槽：基于ISA总线的扩展插槽

ISA插槽

ISA插槽是基于ISA总线（Industrial Standard Architecture，工业标准结构总线）

的扩展插槽，其颜色一般为黑色，比PCI接口插槽要长些，位于主板的最下端。其工

作频率为8MHz左右，为16位插槽，最大传输率16MB/sec，可插接显卡，声卡，

网卡以及所谓的多功能接口卡等扩展插卡。其缺点是CPU资源占用太高，数据传输

带宽太小，是已经被淘汰的插槽接口。目前还能在许多老主板上看到ISA插槽，现在

新出品的主板上已经几乎看不到ISA插槽的身影了，但也有例外，某些品牌的845E

主板甚至875P主板上都还带有ISA插槽，估计是为了满足某些特殊用户的需求。

最早的PC总线是IBM公司1981年在PC/XT 电脑采用的系统总线，它基于8b

it的8088 处理器，被称为PC总线或者PC/XT总线。在1984年的时候，IBM 推出

基于16-bit Intel 80286处理器的PC/AT 电脑，系统总线也相应地扩展为16bit，并

被称呼为PC/AT 总线。而为了开发与IBM PC 兼容的外围设备，行业内便逐渐确立

了以IBM PC 总线规范为基础的ISA（工业标准架构：Industry Standard Architect

ure ）总线。

ISA 是8/16bit 的系统总线，最大传输速率仅为8MB/s ，但允许多个CPU 共

享系统资源。由于兼容性好，它在上个世纪80年代是最广泛采用的系统总线，不过

它的弱点也是显而易见的，比如传输速率过低、CPU占用率高、占用硬件中断资源

等。后来在PC‘98 规范中，就开始放弃了ISA 总线，而Intel 从i810 芯片组开始，

也不再提供对ISA 接口的支持。

使用286和386SX以下CPU的电脑似乎和8/16bit ISA 总线还能够相处融洽，

但当出现了32-bit 外部总线的386DX处理器之后，总线的宽度就已经成为了严重的

瓶颈，并影响到处理器性能的发挥。因此在1988年，康柏、惠普等9个厂商协同把

ISA 扩展到32-bit，这就是著名的EISA（Extended ISA，扩展ISA）总线。EISA

总线的工作频率仍旧仅有8MHz ，并且与8/16bit 的ISA总线完全兼容，由于是32-

bit 总线的缘故，带宽提高了一倍，达到了32MB/s .可惜的是，EISA 仍旧由于速度

有限，并且成本过高，在还没成为标准总线之前，在20世纪90年代初的时候，就给

PCI 总线给取代了。

ISA总线又称AT总线，是在PC/AT微机上所配备的扩展系统总线。

PC/AT的扩展总线系统设计的最大速度为8MHz，比PC/XT总线几乎快了近一

倍，而最佳的数据传输率达20MB/s。不过80286 CPU的执行速度更快，因此要增

加额外的等待周期，方能使扩展总线与CPU之间进行数据传输。改善的方式是在总

线控制器中增加缓冲器，作为高速的微处理器与较低速的AT总线之间的缓冲器，从

而使AT总线可以在比CPU低得多的环境下工作。

由于IBM-PC./XT/AT系统总线的开放性，全世界的PC机制造商纷纷向IBM靠

拢，从而使IBM-PC系列风靡全球。为了满足众多PC兼容机厂商的要求，美国电气

和电子工程师学会(IEEE)成立了一个委员会，并确定以PC/AT总线为标准，称之为

工业标准体系结构ISA(Industry Standard Architecture)，即ISA总线标准。

为了充分地发挥80286的优良性能，同时又要最大限度地与PC/AT总线兼容，I

SA总线在原XT总线的基础上，又增加了一个36脚的扩展槽，将数据总线扩展为1

6位，地址总线扩展为24位，将中断的数目从8个扩充到15个，并提供了中断共享

功能，而DMA通道也由4个扩充到8个。从此，这种16位的扩展总线一直是各制

造厂商严格遵守的标准，至今仍广泛地使用。但目前市场上销售的以Pentium为CP

U的PC机，其主板已不提供这个插槽。

ISA总线扩展插槽由两部分组成，一部分有62引脚，其信号分布及名称与PC/

XT总线的扩展槽基本相同，仅有很小的差异。另一部分是AT机的添加部分，由36

引脚组成。这36引脚分成两列，分别称为C列和D列。

二、ISA：指令集架构

指令集架构(ISA，Instruction Set Architecture)是与程序设计有关的计算机架

构的一部分，包括本地数据类型、指令、寄存器、地址模式、内存架构、中断和意外

处理和外部 I/O 。一个 ISA 包括一系列 opcodes（机器语言）的一个规格，本地

命令由一个特定的 CPU 设计来实现。

常见的指令集架构名称：

sparc

alpha

hppa

ppc/powerpc

s390

i386

ia64

mips/mipsel

Sun SPARC

HP Alpha

HP PA-RISC

Motorola/IBM PowerPC

IBM S/390

Intel IA-32

Intel IA-64

MIPS

arm/armel

amd64

ARM

AMD64 and Intel EM64T

ISA总线引线定义

RESET、BCLK：复位及总线基本时钟，BLCK=8MHz。

SA19-SA0：存储器及I/O空间20位地址，带锁存。

LA23-LA17：存储器及I/O空间20位地址，不带锁存。

BALE：总线地址锁存，外部锁存器的选通。

AEN：地址允许，表明CPU让出总线，DMA开始。

SMEMR#、SMEMW#：8位ISA存储器读写控制。

ISA总线引线定义：主要信号说明

MEMR#、MEMW#：16位ISA存储器读写控制。

SD15-SD0：数据总线，访问8位ISA卡时高8位自动传送到SD7-SD0。

SBHE#：高字节允许，打开SD15-SD8数据通路。

MEMCS16#、IOCS16#：ISA卡发出此信号确认可以进行16位传送。

I/OCHRDY：ISA卡准备好，可控制插入等待周期。

NOWS#：不需等待状态，快速ISA发出不同插入等待。

I/OCHCK#：ISA卡奇偶校验错。

IRQ15、IRQ14、IRQ12-IRQ9、IRQ7-IRQ3：中断请求。

DRQ7-DRQ5 、DRQ3-DRQ0： ISA卡DMA请求。

DACK7#-DACK5#、DACK3#-DACK0#：DMA请求响应。

MASTER#：ISA主模块确立信号，ISA发出此信号，与主机内DMAC配合使ISA

卡成为主模块，全部控制总线。

ISA总线

ISA总线是采用80286 CPU的 IBM PC/AT机中使用的总线，它是在8位的

PC/XT总线的基础上扩展而成的16位总线结构。该总线同8位的 PC/XT总线保

持了即兼容性。

80286与8088 CPU最明显的差别在于数据信号的位数，8088对外的数据总

线只有8位，而80286为16位。为了使ISA总线与原有的XT总线相兼容，ISA

总线保留了原有XT总线的所有信号，仅作了部分新的定义，而另外增加了高位

的数据信号和与此有关的扩展信号，诸如SBHE、-MEMCS16、-IOCS16等信号。

除了数据传输线增加外，寻址能力的增加也是提高性能的方式。80286的寻

址能力达到了16MB，这样相应的 ISA总线上的地址信号也增加到了24条，即增

加了4条(LA20~LA23)。

随着 PC系统的发展，外围设备的类型也不断增加，对于硬件中断与 DMA

通道也提出了更多的要求，原有的6个中断请求与3个 DMA通道已不能满足需

要， ISA总线将中断的数目由6个扩充到15个，而 DMA通道则由3个增加到8

个。

ISA总线扩展槽的插座是在原来 XT总线(62线)的基础上增加了一条短插

座，该短插槽有36个引脚，并且与原 XT插槽在一条直线上，因此加上原来 XT

总线的62线，一共有98个引脚。表3- 5列出了 ISA总线增加信号的排列。

表3- 5 ISA总线增加的36芯的信号定义

在ISA总线上62芯和36芯插座上重新定义和增加的信号：

(l)地址总线

LA17~LA23(I/O)：ISA总线中新增的地址信号线，可以给系统提供多达16MB

的寻址能力。此信号在ALE信号为高电平时才有效，并且在 CPU周期过程中是

不锁定的，因此并不保持整个周期有效，它们的用途是为一个等待状态存储周期

生成存储器译码信号。

(2)数据总线

SD8~SD15(I/O)：系统数据总线的高字节信号，为存储器和I/O接口提供高

8位总线数据。为保持与XT总线的兼容性，可通过增加的16位存储器或16位

I/O接口控制信号确定所用的数据线位数。当此控制信号无效时，使用的为62

芯槽上的数据信号，即低8位的地址信号，此时无论指令中访问的地址为偶数字

节，或奇数字节，或字地址，均为SD0~SD7。对于奇数字节地址，微处理器所需

的高8位的数据信号将接到 SD0~SD7上，而字访问将变换为两个8位进行传送，

均在低8位进行。当此控制信号有效时，使用62芯槽上的低8位和新增加的36

芯槽上的高8位数据信号，即16位数据信号SD0~SD15。

(3)控制总线

高8位数据线控制信号：

-MEMCS16 (I)：16位存储器数据选择信号。如果当前数据传送是有一个等

待状态的16位存储周期,则它必须发一个-MEMCS16 信号给主板。译码信号必须

取自 LA17~LA23 。-MEMCS16 用能够吸收20mA的集电极开路门或三态的驱动器

来驱动。

-IOCS16 (I)：16位I/O数据选择信号，集电极开路门或三态驱动。如果当

前数据传送是有一个等待状态的16位 I/O周期，则必须发一个-IOCS16信号给

主板。这个信号由地址译码器驱动。

SBHE(I/O)：系统总线高字节允许(System Bus High Enable)信号，这是 ISA

新增的信号。该信号有效时，表示数据总线传送的是高字节(SD8~SD15)。16位

设备用此信号控制数据总线缓冲器接到 SD8~SD15。

存储器控制信号：

原XT总线上的-MEMR和-MEMW定义为-SMEMR和-SMEMW(O)，\"SMEMR\"、

\"SMEMW\"指标准存储器读写。只有当存储器的地址译码信号低于1MB的存储空间

时，这两个信号才会有效。-SMEMR和-SMEMW 信号取自于-MEMR和-MEMW (ISA新

增信号)和低于 lMB的地址译码信号。

-MEMR和-MEMW (I/O)，ISA新增的信号，它们在所有的存储器读或写周期内有效。

它们可以由系统中的任何一个 CPU或 DMA控制器驱动。

IRQ中断请求信号：

在ISA总线的主机内增加了中断请求信号，将原有的一片8259中断控制器

增加为两片，而原有一片的IRQ2成为第二片的中断连接信号。将原有XT总线上

的IRQ2定义为新增加芯片的IRQ9。

新增的中断请求信号为IRQ10~12，IRQ14，15(I)，IRQ9~IRQ12和 IRQl4，

IRQ15的中断请求的优先级高于 IRQ3~7，其中 IRQ9的优先级最高， IRQ7的优

先级最低。当 IRQ线上的信号从低电平上升到高电平时，就产生一个中断请求。

在 CPU响应中断请求(即执行中断服务程序)之前，该线必须保持高电平。IRQ13

只使用在主板上，而不可用于 I/O接口卡上。IRQ8用于实时时钟，故这两个中

断未出现在 ISA总线的信号线中。

DMA控制：

DRQ0、5~7(I)： DMA请求信号，即由外设或 I/O通道上的微处理器所驱动

的异步 DMA通道请求信号，以便获得 DMA服务。DRQ0的优先级最高， DRQ7的

优先级最低。当 DRQ信号线变为有效电平(高电平)时产生一个 DMA请求。在相

应的 DMA响应信号(-DACK)变为有效之前。 DRQ线必须保持一直高电平。DRQ0

用于8位的 DMA传送，而 DRQ5~DRQ7用于16位的 DMA传送。 DRQ4用在主板上，

而不用于 I/O通道上，因此在 ISA总线中没有出现。

-DACK0，5~7 (O)： 对 DRQ0，5~7的响应信号