حافلة

ناقل STE (المعروف أيضًا باسم ناقل IEEE-1000 ^{[ 1 ]} ) هو ناقل حاسوبي غير احتكاري، مستقل عن المعالج، مزود بثمانية خطوط بيانات وعشرين خط عنوان. وقد شاع استخدامه في أنظمة التحكم الصناعية في أواخر الثمانينيات وأوائل التسعينيات قبل أن يهيمن حاسوب IBM الشخصي على هذا السوق. يرمز STE إلى بطاقة يوروكارد القياسية . ^{[ 2 ]}

على الرغم من أنها لم تعد قادرة على المنافسة في سوقها الأصلي، إلا أنها تُعد خيارًا مناسبًا للهواة الراغبين في بناء أنظمة حاسوبية منزلية الصنع. يُمكن استخدام معالج Z80، وربما معالج CMOS 65C02. كما يُتيح ناقل البيانات القياسي للهواة إمكانية الربط بين تصميماتهم.

في أوائل ثمانينيات القرن الماضي، كانت هناك العديد من أنظمة ناقل البيانات الخاصة، ولكل منها نقاط قوتها وضعفها. وقد تطورت معظمها بشكل غير منظم، عادةً حول معالج دقيق معين. يعتمد ناقل S-100 على إشارات Intel 8080 ، وناقل STD على إشارات Z80 ، وناقل SS-50 على إشارات Motorola 6800 ، وناقل G64 على إشارات 6809. وقد صعّب هذا الأمر عملية الربط مع معالجات أخرى. كان الترقية إلى معالج أقوى تُحدث تغييرات طفيفة في التوقيتات، ولم تكن قيود التوقيت محددة بدقة دائمًا. وكذلك لم تكن المعايير الكهربائية والأبعاد الفيزيائية محددة بدقة. وعادةً ما كانت تُستخدم موصلات طرفية للناقل، مما يجعلها عرضة للأوساخ والاهتزازات.

قدّم ناقل VME حلاً عالي الجودة للمعالجات عالية الأداء ذات 16 بت ، باستخدام موصلات DIN 41612 الموثوقة وأحجام لوحات Eurocard وأنظمة الرفوف ذات المواصفات الدقيقة . مع ذلك، كانت هذه الحلول مكلفة للغاية في التطبيقات التي لا تتطلب سوى معالج متواضع ذي 8 بت .

في منتصف ثمانينيات القرن الماضي، عالج معيار STEbus هذه المشكلات بتحديد ما يشبه ناقل VMEbus مُبسّطًا للمعالجات ذات 8 بت. إشارات الناقل عامة بما يكفي ليسهل على المعالجات ذات 8 بت التفاعل معها. كان حجم اللوحة عادةً بحجم بطاقة Eurocard أحادية الارتفاع (100  مم × 160 مم)، ولكن سُمح أيضًا  باستخدام لوحات ثنائية الارتفاع (233 مم × 160 مم). ^{[ 3 ]} وقد مكّن هذا الأخير موصل الناقل من الاندماج بسلاسة في أنظمة ناقل VME. 

في البداية، فكرت مجموعة عمل IEEE P1000 ببساطة في إعادة توصيل ناقل STD ، واستبدال موصل حافة البطاقة بموصل DIN41612. لكنهم قرروا إنشاء ناقل جديد عالي الأداء ذي 8 بتات. وقرروا تصميم ناقل مشابه لناقل VMEbus وناقل Futurebus . صُمم ناقل STEbus ليكون مستقلاً عن الشركة المصنعة والمعالج، ويتمتع بإمكانية التحكم المتعدد. ^{[ 4 ]}

حقق نظام STEbus نجاحًا كبيرًا في عصره، وحصل على المعيار الرسمي IEEE 1000-1987.

توفرت العديد من المعالجات على بطاقات STEbus، ضمن نطاق واسع من الأسعار والأداء. وشملت هذه البطاقات معالجات Intel 8031 ​​و 8085 و 8088 و 80188 ؛ و National Semiconductor 32008 و 32016 ؛ و Motorola 6809 و 68000 و 68008 ؛ وZilog Z80 و Z280 ؛ و Hitachi HD64180 ؛ وInmos Transputer . ^{[ 4 ]}

صُممت ناقلة STEbus للمعالجات الدقيقة ذات 8 بت . يمكن للمعالجات التي تستخدم عادةً ناقلة بيانات أوسع ( 16 بت ، وما إلى ذلك) استخدام ناقلة STEbus إذا كانت قادرة على معالجة البيانات في أجزاء بعرض بايت، مما يمنح الجهاز التابع الوقت الكافي للاستجابة. ^{[ 1 ]}

دعمت ناقلة STE معالجاتٍ بدءًا من المعالج Z80 الشهير، مرورًا بالمعالج 6809، وصولًا إلى المعالج 68020. وكان المعالج 6502 هو الوحيد من بين المعالجات الشائعة الغائبة، لعدم دعمه حالات الانتظار أثناء الكتابة. لم يكن المعالج CMOS 65C02 يعاني من هذا القصور، ولكنه كان أندر وأغلى ثمنًا من المعالجين NMOS 6502 وZ80. استخدم المعالج 6809 تقنية تمديد الدورة.

تضمنت اللوحات الطرفية لوحات النماذج الأولية، ووحدات تحكم الأقراص، وبطاقات الفيديو، ووحدات الإدخال/الإخراج التسلسلية، ووحدات الإدخال/الإخراج التناظرية والرقمية. وقد حقق نظام STEbus هدفه المتمثل في توفير نظام تثبيت على الرفوف قوي بما يكفي للاستخدام الصناعي، مع لوحات قابلة للتبديل بسهولة واستقلالية عن المعالج. ^{[ 5 ]}

يصف الباحثون أنظمة STEbus بأنها متينة وقابلة للتكيف وفعالة من حيث التكلفة. ^{[ 6 ]}

بدأ سوق ناقل STEbus بالتراجع مع تقدم حاسوب IBM الشخصي في أنظمة التحكم الصناعية. فضل العملاء المنتجات القائمة على الحواسيب الشخصية نظرًا لقاعدة البرامج الأوسع والأرخص. كما أن عددًا أكبر من المبرمجين كانوا على دراية بالحاسوب الشخصي، ولم يكونوا بحاجة إلى تعلم أنظمة جديدة.

انخفضت تكاليف الذاكرة، ما قلل الحاجة إلى توسيع الذاكرة عبر ناقل البيانات، إذ كان بالإمكان توفير مساحة كافية على لوحة المعالج. لذا، ورغم عيوبها، ابتكر المصنّعون أنظمة حاسوب صناعية، وتخلّوا تدريجيًا عن أنظمة ناقل البيانات الأخرى. ومع مرور الوقت، استغنت أنظمة الحاسوب عن الحاجة إلى أقفاص البطاقات واللوحات الخلفية، وذلك بالانتقال إلى تنسيق PC/104 حيث تُكدّس اللوحات فوق بعضها. ورغم أن تصميم PC/104 ليس بجودة STEbus، إلا أنه كافٍ للعديد من التطبيقات. أما الآن، فيدعم كبار المصنّعين الذين كانوا يدعمون STEbus في ذروة انتشاره، بدافع الحفاظ على علاقات طيبة مع عملائهم القدامى الذين اشتروا منهم كميات كبيرة من منتجاتهم.

اعتبارًا من عام 2013، لا يزال بعض المصنّعين يدعمون أنظمة STEbus وG64 وMultibus II وغيرها من الأنظمة القديمة التي تعتمد على ناقل البيانات. ^{[ 7 ]}

سحبت مؤسسة IEEE المعيار، ليس بسبب أي عيوب ولكن لأنه لم يعد نشطًا بما يكفي للتحديث.

بطاقة يوروكارد 3U - كان الحجم الأكثر شيوعًا هو  بطاقة يوروكارد 100 × 160 مم.

بطاقة يورو 6U - نادرة، تُستخدم أحيانًا في لوحات VMEbus الهجينة

DIN 41612 ، الصفوف أ و ج، 0.1 بوصة خطوة.

تحتوي اللوحات الهجينة VME/STE على ناقل STE وناقل VME يشتركان في موصل VME P2، وإشارات VME على الصف b. لهذا السبب، لا يجوز للوحات STEbus استخدام الصف b لأي غرض.

تشير علامة النجمة إلى إشارات منخفضة نشطة.

GND: جهد مرجعي أرضي

+5 فولت: يزود معظم الدوائر المنطقية بالطاقة.

+12 فولت و-12 فولت: يُستخدمان بشكل أساسي لتزويد مُخزن RS232 بالطاقة. يُستخدم +12 فولت أيضًا لبرمجة مولدات الجهد. يمكن استخدام كلا الجهدين في الدوائر التناظرية، ولكن تجدر الإشارة إلى أنهما يُستخدمان بشكل أساسي كمسارات طاقة للدوائر الرقمية، ولذلك غالبًا ما يحتويان على تشويش رقمي. يُنصح باستخدام بعض تقنيات الفصل أو التنظيم المحلي للدوائر التناظرية.

VSTBY: جهد الاستعداد. اختياري. يُحدد هذا الخط بجهد 5 فولت (+0 إلى +5%)، وبحد أقصى 1 أمبير. مع ذلك، تستخدم بعض اللوحات هذا الخط لنقل جهد احتياطي من البطارية إلى اللوحات التي تُزوده أو تستهلكه. تُعد بطارية نيكل-كادميوم 3.6 فولت مصدرًا شائعًا. لا يُحدد معيار STEbus مصدرًا مُعينًا لهذا الجهد.

عمليًا، يعني هذا أن معظم اللوحات التي تتطلب طاقة احتياطية تميل إلى استخدام بطارية مدمجة، غالبًا مع وصلة تسمح لها بتزويد أو استقبال الطاقة من VSTBY. وبالتالي، قد ينتهي بك الأمر بوجود بطاريات أكثر من اللازم في نظامك، ويجب عليك حينها التأكد من عدم تشغيل VSTBY بأكثر من بطارية واحدة.

D0...7: ناقل البيانات. يبلغ عرضه 8 بتات فقط، ولكن معظم وحدات الإدخال/الإخراج أو الأجهزة الطرفية ذات التعيين الذاكري موجهة نحو البايت.

A0...19: ناقل العناوين. يسمح هذا الناقل بعنونة ما يصل إلى 1  ميجابايت من الذاكرة. في التقنيات الحالية، تحتوي المعالجات التي تتطلب كميات كبيرة من الذاكرة على هذا الناقل ضمن لوحة المعالج، لذا لا يُعد هذا قيدًا كبيرًا. تقتصر مساحة الإدخال/الإخراج على 4 كيلوبايت، لتبسيط فك تشفير عناوين الإدخال/الإخراج إلى مستوى عملي. يمكن لشريحة 74LS688 واحدة على كل لوحة تابعة فك تشفير A11...A4 لتحديد موقع لوحات الإدخال/الإخراج التابعة عند أي عنوان إدخال/إخراج بمحاذاة 16 بايت. ^{[ 1 ] [ 8 ]} عادةً ما تُستخدم 8 وصلات صغيرة أو وحدة واحدة من 8 مفاتيح DIP أو مفتاحان دواران سداسيان عشريان مُشفّران ثنائيًا لإعطاء كل لوحة إدخال/إخراج تابعة عنوانًا فريدًا. ^{[ 1 ]}

CM0...2: مُعدِّلات الأوامر. تشير هذه إلى طبيعة دورة نقل البيانات.

يمكن للوحة معالجة بسيطة رفع مستوى إشارة CM2 لجميع عمليات الوصول إلى الناقل، ورفع مستوى إشارة CM1 من إشارة ذاكرة/ليست_إدخال/إخراج، ورفع مستوى إشارة CM0 من إشارة قراءة/ليست_كتابة. تُستخدم حالة CM2 المنخفضة فقط خلال مراحل "طلب الانتباه" (للمقاطعات و/أو دورات DMA) في وضع الاستجابة الصريحة. عند استخدام وضع الاستجابة الضمنية، يقوم متحكم الناقل الرئيسي باستطلاع اللوحات التابعة لتحديد اللوحة التي أطلقت طلب الانتباه، ثم يعيد ضبط مصدر الإشارة. في هذه الحالة، لا يتم استخدام جلب المتجهات.

ATNRQ0...7*: طلبات الانتباه. تُستخدم هذه الإشارات في اللوحات للإشارة إلى ضرورة انتباه المعالج، وهو مصطلح يشمل المقاطعات والوصول المباشر إلى الذاكرة (DMA). ولا يُلزم اختيار الإشارة المناسبة هذه الخطوط بأنواع محددة، مثل المقاطعات القابلة للإخفاء، أو المقاطعات غير القابلة للإخفاء، أو DMA.

يعكس عدد طلبات الانتباه الدور المقصود لناقل STEbus في أنظمة التحكم في الوقت الحقيقي. يمكن ترميز ثمانية خطوط حسب الأولوية في ثلاثة بتات، وهو عدد عملي معقول للتعامل معه.

BUSRQ0...1* و BUSAK0...1*: طلبات ناقل البيانات وتأكيدات ناقل البيانات. اختياري. يُستخدم بواسطة أنظمة متعددة الأجهزة الرئيسية.

يعكس عدد طلبات الانتباه أن ناقل STEbus يهدف إلى البساطة. تُعد الأنظمة ذات الجهاز الرئيسي الواحد هي السائدة، ولكن هذه الإشارات تسمح للأنظمة بوجود أجهزة رئيسية ثانوية للناقل عند الحاجة.

DATSTB*: إشارة نبضة البيانات. هذه هي الإشارة الأساسية في دورات نقل البيانات.

DATACK*: إشارة تأكيد البيانات. يُرسل الجهاز التابع هذه الإشارة لتأكيد اكتمال نقل البيانات بأمان عبر ناقل STEbus. يتيح ذلك لأنظمة STEbus استخدام بطاقات إضافية بسرعات متنوعة، ما يُعدّ تحسينًا على أنظمة الناقل السابقة التي كانت تتطلب تشغيل جميع الأجهزة بسرعة أبطأ جهاز.

TFRERR*: خطأ في النقل. سيقوم الجهاز التابع بإصدار هذه الإشارة عند تأكيد اكتمال عملية نقل البيانات بشكل خاطئ عبر ناقل STEbus.

ADRSTB*: إشارة نبضة العنوان. تشير هذه الإشارة إلى صلاحية ناقل العناوين. في الأصل، كان لها استخدام عملي في لوحات ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) التي كانت تبدأ بإرسال نبضات متقطعة إلى خطوط العناوين في رقائق DRAM قبل أن يكون ناقل البيانات جاهزًا. لاحقًا، تم ترسيخ مواصفات ناقل STEbus لتنص على أنه لا يُسمح للوحدات التابعة ببدء عمليات النقل حتى تصبح إشارة DATSTB* جاهزة، مما جعل ADRSTB* زائدة عن الحاجة. في الوقت الحاضر، يمكن للوحدات الرئيسية في ناقل STEbus ببساطة توليد إشارتي DATSTB* وADRSTB* من نفس الإشارة المنطقية. تُشير الوحدات التابعة فقط إلى صلاحية إشارة DATSTB* (لأن تعريف الناقل يُصر على أن يكون العنوان صالحًا أيضًا في نفس وقت البيانات). كما تسمح ADRSTB* للوحدة الرئيسية بالاحتفاظ بملكية الناقل أثناء دورات القراءة والتعديل والكتابة غير القابلة للتجزئة، وذلك بالبقاء نشطة خلال نبضتين من DATSTB*. يتطابق التسلسل مع تسلسل ناقل 68008. قد تتطلب وحدات المعالجة المركزية الأخرى منطقًا إضافيًا لإنشاء دورات القراءة والتعديل والكتابة.

SYSCLK: ساعة النظام. ثابتة عند 16  ميجاهرتز. دورة التشغيل 50%.

SYSRST*: إعادة ضبط النظام. ^{[ 9 ]}

تربط اللوحة الخلفية جميع موصلات DIN بالتوازي. لذا، فإن بطاقة توسيع STEbus ترى نفس الإشارات بغض النظر عن الفتحة التي يتم توصيلها بها في اللوحة الخلفية. ^{[ 8 ]}

يجب أن يتم تشغيل إشارة الساعة النظامية (SYSCLK) بواسطة لوحة واحدة فقط في النظام. وكما هو موضح في المعيار، يجب أن يتم توليد هذه الإشارة بواسطة وحدة التحكم في النظام.

يتولى متحكم النظام أيضًا مسؤولية إدارة ناقل البيانات في حال وجود عدة وحدات تحكم رئيسية. أما في حال وجود وحدة تحكم رئيسية واحدة فقط، فلا حاجة لمتحكم النظام، ويمكن للوحة التحكم الرئيسية توليد إشارة SYSCLK.

• يجب أن تكون مدخلات الإشارة من نوع Schmitt trigger
• حمل TTL واحد فقط لكل إشارة خط ناقل لكل لوحة
• يجب أن يكون لمخرجات الإشارة عدد تفرعات يبلغ 20
• يمكن أن تحتوي اللوحة الخلفية على ما يصل إلى 21 منفذًا
• أقصى طول لخط إشارة ناقل البيانات على أي لوحة دوائر مطبوعة هو 50 مم
•  يبلغ الحد الأقصى لطول خط إشارة الحافلة 500 مم
• يوصى باستخدام إنهاء ناقل نشط (مقاومة سحب 270 أوم حتى 2.8 فولت)
• تُستخدم رقائق سلسلة 7400 غالبًا لبناء لوحات تحكم مخصصة، متصلة مباشرة بـ STEbus. ^{[ 8 ]}

• معيار STEbus (IEEE1000) (متاح للمشتركين وأعضاء IEEE) 8. 1988. doi : 10.1109/IEEESTD.1988.122133 . ISBN 0-7381-4593-9.
• تكلفة نظام STEbus (ISO/IEC 10859:1997) : 192 فرنك سويسري