Autobús local VESA

El bus local VESA (generalmente abreviado como VL-Bus o VLB ) es un bus de expansión de corta duración introducido en 1992 durante la generación i486 de computadoras personales compatibles con IBM x86 . Creado por VESA (Video Electronics Standards Association), el bus local VESA funcionó junto con el entonces dominante bus ISA para proporcionar un conducto estandarizado de alta velocidad destinado principalmente a acelerar las operaciones de video (gráficos). VLB proporciona una ruta rápida estandarizada que los fabricantes de tarjetas de expansión (video) podían aprovechar para una E/S mapeada en memoria de 32 bits y DMA altamente aceleradas , mientras que seguían utilizando el conocido bus ISA para manejar las funciones básicas del dispositivo, como interrupciones y E/S mapeadas por puerto . Algunas placas base 386DX de gama alta también tenían una ranura VL-Bus.

A principios de la década de 1990, el ancho de banda de E/S del bus ISA predominante, de 8,33 MB/s para  ranuras estándar de 16 bits y 8,33 MHz, se había convertido en un cuello de botella crítico para el rendimiento de vídeo y gráficos de los PC. La necesidad de gráficos más rápidos se debía a la creciente adopción de interfaces gráficas de usuario en los sistemas operativos de PC. Si bien IBM produjo un sucesor viable para ISA con la arquitectura Micro Channel ( MCA), que ofrecía un ancho de banda de 66 MB/s, fracasó en el mercado porque los fabricantes de hardware no estaban dispuestos a pagar elevadas tarifas de licencia para utilizarlo. Aunque se desarrolló una extensión del bus ISA, libre de regalías, en forma del estándar abierto EISA para contrarrestar a MCA, su ancho de banda de 33,32 MB/s no ofreció una mejora suficiente con respecto a ISA para satisfacer el aumento significativo de ancho de banda deseado para los gráficos. Sería reemplazado por la interconexión de componentes periféricos (PCI), que comenzó con velocidades de 133 MB/s (32 bits a 33 MHz en la configuración estándar).

Así, durante un breve periodo, se abrió un mercado en el que los fabricantes de tarjetas gráficas y de chipsets para placas base crearon sus propias implementaciones propietarias de buses locales para proporcionar a las tarjetas gráficas acceso directo al procesador y a la memoria del sistema. Esto evitaba las limitaciones del bus ISA y resultaba menos costoso que una "máquina IBM MCA con licencia". En aquel momento, el coste de migrar de una máquina ISA a una con arquitectura MCA era considerable. Las máquinas MCA generalmente no ofrecían ranuras ISA, por lo que la migración a la arquitectura MCA implicaba que cualquier inversión previa en tarjetas ISA quedaba inutilizada. Además, los fabricantes de tarjetas compatibles con MCA estaban sujetos a las tarifas de licencia de IBM. Sumado a los mayores requisitos técnicos y el elevado coste de implementación de MCA, esto hacía que una versión MCA de una tarjeta periférica fuera significativamente más cara que su equivalente ISA.

Así que, si bien estas soluciones ad hoc específicas de cada fabricante eran efectivas, no estaban estandarizadas y no había disposiciones para proporcionar interoperabilidad. Esto atrajo la atención del consorcio VESA y dio como resultado una propuesta para un estándar de bus local voluntario y libre de regalías en 1992. ^{[ 2 ]} Un beneficio adicional de esta estandarización (más allá del objetivo principal de un mayor rendimiento de la tarjeta gráfica) fue que otros dispositivos también podían diseñarse para utilizar el rendimiento ofrecido por VLB; en particular, se ofrecieron controladores de almacenamiento masivo para VLB, proporcionando un mayor rendimiento del disco duro. El ancho de banda de VLB dependía de la velocidad del bus de la CPU: comenzaba en 100 MB/s para CPUs con un  bus de 25 MHz, aumentaba a 133 MB/s a 33  MHz y 160 MB/s a 40  MHz, y alcanzaba los 200 MB/s a 50  MHz.

Una ranura VLB es un conector de borde adicional alineado con el conector ISA o EISA tradicional, cuya extensión suele ser de un color marrón distintivo. Esto permite que una ranura ISA o EISA normal pueda aceptar tarjetas compatibles con VLB. Las tarjetas ISA tradicionales siguen siendo compatibles, ya que no tienen pines más allá de la parte ISA o EISA de la ranura. Lo contrario también era cierto : las tarjetas VLB son necesariamente bastante largas para alcanzar el conector VLB y recuerdan a las antiguas tarjetas de expansión de longitud completa de la época de IBM XT . La parte VLB de una ranura se parece a una ranura IBM MCA, ya que, de hecho, es el mismo conector físico de 116 pines que utilizan las tarjetas MCA, girado 180 grados. El estándar IBM MCA no tuvo la popularidad esperada por IBM, y existía un amplio excedente del conector, lo que lo hacía económico y fácilmente disponible. 

El bus local VESA se diseñó como una solución provisional al problema del ancho de banda limitado del bus ISA . Por lo tanto, un requisito para que VLB se adoptara en la industria era que su implementación supusiera una carga mínima para los fabricantes, en términos de rediseño de la placa y costes de componentes; de lo contrario, los fabricantes no se habrían convencido de abandonar sus propias soluciones propietarias. Dado que VLB conecta fundamentalmente una tarjeta directamente al bus del procesador 486 con una lógica intermedia mínima (lo que reduce los costes de diseño lógico y de componentes), las tareas de temporización y arbitraje dependían en gran medida de las tarjetas y la CPU. ^{[ 1 ]}

Esta simplicidad de VLB generó varios factores que limitaron sustancialmente su vida útil:

80486 dependencia

El bus local VESA depende en gran medida del diseño del bus de memoria de la CPU Intel 80486. ^{[ 3 ]} Cuando llegó el procesador Pentium , hubo grandes diferencias en su diseño de bus , que no se adaptaban fácilmente a una implementación del bus local VESA. Se fabricaron pocas placas base Pentium con ranuras VLB y utilizan puentes VLB a PCI como el OPTi 82C822. ^{[ 4 ]} Esto también significó que trasladar el bus a una computadora con una arquitectura que no fuera x86 era prácticamente imposible, dentro de las limitaciones económicas prácticas. ^{[ 5 ]}

Plazas limitadas disponibles

La mayoría de los PC que utilizan VESA Local Bus solo tienen una o dos ranuras ISA compatibles con VLB de las cinco o seis disponibles; por lo tanto, cuatro ranuras ISA generalmente son solo para ISA. Esto se debe a que VESA Local Bus es una derivación directa del bus de memoria 80486. El procesador no tiene la capacidad eléctrica suficiente para controlar (señalizar y alimentar) correctamente más de dos o tres dispositivos a la vez directamente desde este bus. ^{[ 5 ]}

Problemas de fiabilidad

Las estrictas limitaciones eléctricas del bus también reducen el margen de seguridad disponible, lo que afecta negativamente a la fiabilidad. Los fallos entre tarjetas son frecuentes, ya que la interacción entre tarjetas individuales, combinaciones de tarjetas, la implementación de la placa base e incluso el propio procesador es difícil de predecir. Esto es especialmente común en placas base de gama baja , ya que la adición de más tarjetas VLB podría sobrecargar una implementación ya de por sí deficiente. Los resultados pueden ser bastante espectaculares cuando dispositivos importantes, como los controladores de disco duro , entran en conflicto con un dispositivo que consume mucha memoria, como la omnipresente tarjeta gráfica.

Dado que los dispositivos VLB tienen acceso directo de alta velocidad a la memoria del sistema al mismo nivel que el procesador principal, el sistema no puede intervenir si los dispositivos se configuran incorrectamente o se vuelven inestables. Si dos dispositivos sobrescriben la misma ubicación de memoria en un conflicto, y el controlador del disco duro depende de esta ubicación (el controlador del disco duro suele ser el segundo dispositivo en conflicto), existe la posibilidad , demasiado común, de una corrupción masiva de datos .

Escalabilidad limitada

A medida que aumentaba la velocidad del bus de los sistemas 486, la estabilidad del VLB se volvía cada vez más difícil de gestionar. El diseño de bus local de acoplamiento estrecho que proporciona velocidad al VLB se volvió cada vez más intolerante a las variaciones de temporización, especialmente por encima de los 40 MHz. El procesador 486  original de Intel de 50  MHz tuvo dificultades en el mercado, ya que muchas placas base existentes (incluso las que no eran compatibles con VLB) no soportaban bien el aumento de la velocidad del bus frontal  a 50 MHz. Si se lograba un funcionamiento fiable del VLB a 50  MHz, era más rápido ; pero, de nuevo, esto era notoriamente difícil de conseguir, y a menudo se descubría que no era posible con una configuración de hardware determinada. ^{[ 6 ]} 

El sucesor del 486DX-50, el 486DX2-66, soluciona este problema utilizando una velocidad de bus más lenta pero más compatible (33  MHz) y un multiplicador (×2) para derivar la velocidad del reloj del procesador.

Dificultad de instalación

La longitud de la ranura y el número de pines hacen que las tarjetas VLB sean notoriamente difíciles de instalar y extraer. ^{[ 7 ]} El gran esfuerzo mecánico requerido es perjudicial tanto para la tarjeta como para la placa base, y las roturas no son infrecuentes. Esto se agrava por la longitud extendida de la placa lógica de la tarjeta; a menudo no hay suficiente espacio en la carcasa del PC para inclinar la tarjeta en la ranura, lo que requiere empujarla con gran fuerza directamente hacia abajo. Para evitar una flexión excesiva de la placa base durante esta acción, el chasis y la placa base debían diseñarse con buenos soportes, relativamente juntos, para la placa base, lo que no siempre es el caso, y la persona que inserta la tarjeta debe distribuir la fuerza descendente uniformemente a lo largo de su borde superior.

Debido a la longitud de una ranura VLB y la difícil instalación que resulta de su longitud, un uso alternativo coloquial del acrónimo VLB es Very Long Bus (autobús muy largo) . ^{[ 8 ]}

A pesar de estos problemas, el bus local VESA se generalizó en las placas base 486 posteriores, y la mayoría de los sistemas basados ​​en 486 posteriores a 1992 incluían una tarjeta de video con bus local VESA. VLB ofrece una interfaz de alta velocidad más económica para sistemas convencionales, ya que PCI no estuvo disponible fuera del mercado de servidores hasta 1994, gracias a los chipsets Pentium e Intel . PCI finalmente reemplazó a VESA Local Bus (y también a EISA) en los últimos años del mercado 486, y la última generación de placas base 80486 incorporaba ranuras PCI en lugar de ranuras ISA compatibles con VLB. Sin embargo, algunos fabricantes desarrollaron y ofrecieron placas base "VIP" ( VLB / ISA / PCI ) con los tres tipos de ranuras.

• Arquitectura estándar de la industria (ISA)
• Arquitectura estándar extendida de la industria (EISA)
• Arquitectura de microcanales (MCA)
• NuBus
• Interconexión de componentes periféricos (PCI)
• Puerto de gráficos acelerados (AGP)
• PCI Express (PCIe)
• Lista de anchos de banda de dispositivos (Una lista útil de anchos de banda de dispositivos que incluyen VLB)