Futurebus

В конце 1970-х годов компьютерная техника распространилась в достаточной степени, чтобы встал вопрос о стандартизации интерфейсов обмена между отдельными элементами компьютерных систем. Именно в тот период инженерное сообщество начало предпринимать активные усилия по созданию всеобъемлющих, не привязанных к конкретным производителям, стандартов в сфере телекоммуникации и у него были определённые основания считать, что совместная разработка в рамках деятельности нейтрального комитета и принятие промышленного стандарта на компьютерную шину будут реализуемыми, а само техническое решение останется актуальным достаточное время, чтобы быть полезным отрасли.

Собравшиеся в рамках комитета IEEE 896 инженеры намеревались повторить успех систем Multibus и начавшей развиваться почти одновременно с Futurebus шины VMEbus, продвигавшейся компанией Motorola и, в то же время, собирались выпустить набор более широких и увязанных между собой стандартов, наряду с компьютерной шиной определяющих иные аспекты построения компьютерных систем.

В этот период времени пропускная способность упомянутой выше шины VMEbus, которая выступала для участников комитета IEEE 896 в качестве одного из ориентиров, превышала требования к скорости передачи данных со оперативной памяти и наиболее современных микропроцессоров. Это давало основания строить новую шину как магистрально-модульную, то есть рассчитанную на подключение к ней системы из унифицированных плат — CPU, оперативной памяти и плат расширения для подключения периферийных устройств. Естественным образом вопрос о межмашинных коммуникациях, по крайней мере, в локальной сети, сводился к реализации специализированных плат расширения, передающих информацию между отдельными устройствами и стойками. Таким образом, будущий универсальный стандарт планировался, так же, как стандарт локальной вычислительной сети.

При этом подходе к шине возникало естественное требование работы в асинхронном режиме, с тем, чтобы медленные устройства могли работать совместно с быстрыми, она должна была поддерживать разные скорости передачи данных.

Участники комитета так же были знакомы с опытом использования систем NIM и КАМАК и для них была очевидна полезность стандартизации механических конструктивов плат и крейтов. Разработчики Futurebus общались с разработчиками близкого по функционалу, но в большей степени ориентированного на системы сбора данных стандарта FASTBUS, позднее стандартизированного как IEEE 960. Общий инженерный контекст привёл к тому, что ряд технических решений, таких, как техника распределённого арбитража в этих стандартах оказались реализованы схожим образом.

Типичная разработка стандарта IEEE начиналась с того, что компания, разработавшая технологию и реализовавшая её в своих устройствах, представляла эту технологию комитету для стандартизации. В случае Futurebus всё происходило в обратном порядке — энтузиасты-инженеры решили сначала разработать универсальный и полезный для всех стандарт, а конкретные устройства разрабатывать уже на основе готовой спецификации. Этот подход стал причиной провала всей затеи. Компании, в которых работала часть из членов комитета, дружно присоединились к поддержке проекта, после чего каждая стала проталкивать для включения в стандарт те аспекты и особенности технических устройств, которые были интересны именно этой конкретной фирме. Проект стандарта рос, а его разработка всё замедлялась и замедлялась. В итоге, от начала разработки до финального согласования документов стандарта, произошедшего в 1987 году, прошло восемь долгих лет.

Ряд компаний, включая Tektronix и American Logic Machines^[англ.] начали выпуск систем, полностью основанных на Futurebus или, хотя бы гибридных. Поддержку технологии обеспечивали так же производители отдельных компонент — Texas Instruments, Molex Inc, Tyco Electronic и ряд других.

Практически в момент выпуска стандарта, представители ВМФ США, заинтересованные в технологии высокоскоростной передачи данных для проекта Next Generation Computer Resources (NGCR), который должен был обеспечить обработку данных сонаров проектировавшихся в то время подводных лодок типа «Сивулф», заявили участникам комитета, что они готовы были бы принять Futurebus в качестве технического стандарта для своего проекта, но… только, если в сам стандарт будут внесены очередные и, довольно серьёзные по объёму дополнения. Предвкушая масштабные госзакупки, участники комитета немедленно приступили к разработке новой версии стандарта — Futurebus+, потратив ещё четыре года на доработку его основной части, ещё более замедлив принятие стандарта промышленностью.

Каждый из сторонников Futurebus+ имел свои идеи о том, что конкретно должно быть включено в стандарт. В результате, в ставший весьма обширным стандарт было включено понятие «профилей» — типовых подмножеств стандарта, ориентированных на то или иное специфическое применение. Реализация профилей привела к тому, что промышленность выпустила на рынок множество частично совместимых продуктов, каждый из которых формально соответствовал Futurebus+, но совместная работа которых была не гарантирована. Сложность разработки стандарта Futurebus+ росла и росла. Это, в итоге, привело к тому, что единая рабочая группа стандарта IEEE 896 начала разделяться. Из комитета IEEE Microcomputer Standards Committee выделился IEEE Bus Architecture Standards Committee (BASC).

Итог разработки стандарта оказался неоднозначен. Futurebus оказал серьёзное влияние на отрасль, но сам по себе нашёл широкого применения. Первоначальный широкий коллектив, ведший его разработку, разбился, в дальнейшем, на отдельные группы и начал оформлять свои идеи в новых форматах. Участники комитета по разработке Futurebus в дальнейшем приняли участие в создание стандартов SCI, QuickRing, IEEE 1355/SpaceWire и ряда других, а сами разработки, частично делавшиеся в рамках деятельности комитета, такие как протокол когерентности кэшей, горячая замена плат, и технология LVDS были использованы, в дальнейшем, вне контекста Futurebus.

Futurebus стал источником разработки такой технологии как Trapezoidal Transceiver, являющийся одним из видов сетевого трансивера. Эта техника построения микросхем существенно облегчает реализацию компьютерных шин и объединительных панелей. Оригинальные устройства Trapezoidal Transceivers были разработаны National Semiconductor. Более новая версия устройств, соответствующая требованиям Futurebus+ и, конкретнее, стандарта IEEE Std 1194.1-1991 Backplane Transceiver Logic (BTL) до сих пор выпускается и этой компанией и компанией Texas Instruments.

Выпуск оборудования Futurebus/Futurebus+ продолжался некоторое время после публикации стандарта, а отдельных его видов — и по состоянию дел на 2019 год. В частности, трансиверы Futurebus+, соответствующие требованиям стандарта IEEE Std 1194.1-1991 Backplane Transceiver Logic (BTL) продолжают выпускаться компанией Texas Instruments.

Futurebus+ использовался в качестве шины ввода-вывода в некоторых компьютерах компании DEC — системах серий DEC 4000 AXP^[англ.] и DEC 10000 AXP^[англ.]. Работа с платами Futurebus+ с интерфейсом FDDI по прежнему поддерживается в операционной системе OpenVMS.

Futurebus был описан в целом наборе стандартов, неполный список которых приводится ниже:

• 896.1-1987 IEEE Standard Backplane Bus Specifications for Multiprocessor Architectures: Futurebus — первоначальная версия логического протокола
• 896.1-1991 IEEE Standard for Futurebus+ — Logical Protocol Specification — логический протокол Futurebus+
• 896.2-1991 IEEE Standard Backplane Bus Specification for Multiprocessor Architectures: Futurebus+
• 896.3-1993 IEEE recommended practice for Futurebus+
• 896.4-1993 IEEE Standard for Conformance Test Requirements for Futurebus+
• 896.7 Interconnect between Futurebus+ systems
• 896.9-1994 Fault tolerant extensions to the Futurebus+ architecture
• 896.11 Standard for IEEE 1355 Links on Futurebus+ Backplane Connector
• 896.12 Standard for Fault Tolerance Classification of Computer-Based Systems

Futurebus — один из немногих стандартов шины, которые не был жёстко привязан к какой-либо стандартной логике уровня электронных схем. Он был спроектирован таким образом, чтобы его можно было реализовать с использованием TTL-логики, ECL-логики, CMOS-логики или иными способами.^[2].

Тем не менее, в рамках деятельности рабочей группы была разработана электрическая спецификация

• 1194.1-1991 IEEE Standard for Electrical Characteristics of Backplane Transceiver Logic (BTL) Interface Circuits

Futurebus+ поддерживает ширину шины от 32 до 256 бит. При желании разработчика, устройство может быть реализовано таким образом, чтобы взаимодействовать с другими устройствами, работающими на любой ширине шины, в том числе с такими, которые способны работать только с подмножеством протокола, привязанным к конкретной ширине

В качестве стандартного для систем Futurebus был принят конструктив Евромеханика, описанный в документе 1101—1987 IEEE Standard for Mechanical Core Specifications for Microcomputers Using IEC 603-2 Connectors.

Ниже приводится ряд иных стандартизирующих документов, тесно связанных с Futurebus в части механических характеристик его модулей, охлаждения и разъёмов.

• 1301 Standard for Metric Equipment Practice for Microcomputers — Coordination Document
• 1301.1-1991 IEEE Standard for a Metric Equipment Practice for Microcomputers—Convection-Cooled with 2 mm Connectors
• 1156.1 Standard Microprocessor Environmental Specifications for Computer Modules
• EIA IS-64 (1991) 2 mm Two-Part Connectors for Use with Printed Boards and Backplanes

Первоначально, документ IEEE 896.2 определял три профиля для целевых применений.

• Профиль A для систем общего назначения. Его разработка поддерживалась сообществом, сложившимся вокруг VMEbus.
• Профиль B для шины ввода-вывода. Его разработку поддерживала Digital Equipment Corporation. Этот профиль был использован для реализации шины ввода-вывода в машинах серии VAX и ряде систем, основанных на DECовском RISC-процессоре Alpha.
• Профиль F, содержащий технические требования для максимального ускорения Futurebus+. Его разработка велась инженером John Theus, работавшим в компании Tektronix и ориентировалась на высокопроизводительные рабочие станции.

Впоследствии, был стандартизирован ряд новых профилей.

• 896.5-1993 IEEE Standard for Futurebus+, Profile M (Military) — для военных систем.
• 896.6 Futurebus+ telecommunications systems, profile T (telecommunications) — для использования в телекоммуникациях.
• 896.8 Small computer expandibility module for Futurebus+ systems, profile D (desktop) — для использования в персональных компьютерах.
• 896.10-1997 Standard for Futurebus+ Spaceborne Systems — Profile S — для использования в бортовых информационных сетях космических аппаратов.

В России текст стандарта IEEE 896.2 переведён на русский язык и принят в качестве ГОСТ 34.31-96 Интерфейс ФЬЮЧЕБАС+ спецификации физического уровня. Перевод создан научным коллективом НИИ Ядерной Физики МГУ, под руководством профессора С. Г. Басиладзе.

• InfiniBand
• QuickRing
• SCI
• FASTBUS
• IEEE 1355, SpaceWire
• Шина (топология компьютерной сети)
• Digital Equipment Corporation