S-100バス

S -100バス、またはAltairバス（後にIEEE 696-1983 （非アクティブ-廃止）として標準化）は、 1974年にAltair 8800の一部として設計された初期のコンピュータバスです。S -100バスは、マイクロコンピュータ業界初の業界標準拡張バスでした。プロセッサカードと周辺機器カードで構成されるS-100コンピュータは、多くのメーカーによって製造されました。S -100バスは、自作コンピュータの基盤となり、自作コンピュータの製作者（例えば、Homebrew Computer Club）はCP/MおよびMP/M用のドライバを実装しました。これらのS-100マイクロコンピュータは、趣味のおもちゃから小規模ビジネスワークステーションまで幅広く、IBM PCが登場するまで初期の家庭用コンピュータで一般的でした。

S -100バスは、並列配線された100ピンのプリント基板エッジコネクタのパッシブバックプレーンです。CPU 、メモリ、またはI/Oインターフェースの機能を果たす5インチ× 10インチ（13cm× 25cm ）の回路カードがこれらのコネクタに接続されます。Intel 8080マイクロプロセッサはS-100バス上で動作する最初のマイクロプロセッサであったため、バス信号の定義は8080マイクロプロセッサシステムのものとほぼ同じです。S -100バスの100本のラインは、1）電源、2）データ、3）アドレス、4）クロックと制御の4種類に分類できます。^{[ 1 ]}      

バスに供給される電源は、+8V DCと±16V DCの非安定化電源で、カード上で+5V（TTL IC用）、-5V、+12V（Intel 8080 CPU IC用）、±12V RS-232ラインドライバIC用、+12V（ディスクドライブモーター用）に安定化されるように設計されています。オンボードの電圧安定化は、通常78xxファミリのデバイス（例えば、+5Vを生成する7805デバイス）によって行われます。これらのリニアレギュレータは、一般的にヒートシンクに取り付けられます。

Intel 8080の双方向8ビットデータバスは、2つの単方向8ビットデータバスに分割されています。プロセッサはこれらのうち1つしか同時に使用できませんでした。Sol -20は、8ビットバスを1つだけ備え、現在使用されていないピンを信号グランドとして使用して電子ノイズを低減するバリエーションを採用していました。バスの方向（入力または出力）は、通常は使用されていないDBINピンを使用して信号化されていました。これはS-100市場でも一般的になり、2つ目のバスは不要になりました。その後、これらの2つの8ビットバスは、より高度なプロセッサ向けに16ビットのデータ幅をサポートするために統合され、Solのシステムを使用して方向を信号化するようになりました。

アドレスバスは、初期実装では16ビット幅でしたが、後に24ビット幅に拡張されました。バス制御信号によってこれらのラインをトライステート状態にすることで、メモリへの直接アクセスが可能になります。例えば、Cromemco Dazzlerは、メモリへの直接アクセスを使用してメモリからデジタル画像を取得する初期のS-100カードです。

クロック信号と制御信号は、バス上のトラフィックを管理するために使用されます。たとえば、DO Disableラインは、ダイレクトメモリアクセス中にアドレスラインをトライステートにします。元のバス仕様で割り当てられていなかったラインは、後に、より高度なプロセッサをサポートするために割り当てられました。たとえば、Zilog Z-80プロセッサには、Intel 8080 プロセッサにはないマスク不可能な割り込みラインがあります。そこで、 S-100バスの割り当てられていなかったラインの 1 つが、マスク不可能な割り込み要求をサポートするために再割り当てされました。

Altair の設計中、使用可能なマシンを作るために必要なハードウェアが 1975 年 1 月の発売日に間に合わなかった。設計者のEd Roberts は、バックプレーンが場所を取りすぎるという問題にも直面した。これらの問題を回避しようと、彼は既存のコンポーネントを追加の「スロット」を備えたケースに配置し、不足しているコンポーネントが入手可能になったときに後で接続できるようにした。バックプレーンは 4 つの独立したカードに分割され、CPUは 5 番目のカードに搭載されている。次に彼は安価なコネクタの供給元を探し、軍の余剰品である 100 ピンのエッジ コネクタの供給元を見つけた。100 ピンのバスは、MITS の無名の製図担当者によって作成され、部品カタログからコネクタを選択し、コネクタのピンのグループに信号名を任意に割り当てた。 ^{[ 2 ]}

1975年にAltairが発表されると、「クローン」マシンの業界が急成長した。これらのほとんどはAltairと同じバスレイアウトを使用しており、新しい業界標準が作られた。これらの企業はシステムを「Altairバス」と呼ばざるを得ず、自社のシステムを説明する際に競合他社に言及しないように別の名前を求めた。「Standard 100」の略である「 S-100 」という名前は、 Cromemcoの共同創設者であるHarry GarlandとRoger Melenによって考案された。^{[ 3 ] [ 4 ]} 1976年8月にアトランティックシティで開催されたマイクロコンピュータ会議「PC '76」に出席するために飛行機に乗っていたとき、彼らはProcessor TechnologyのBob MarshとLee Felsensteinと同じキャビンにいた。Melenは彼らに同じ名前を採用するように説得するために彼らのところへ行った。彼は手にビールを持っており、飛行機が揺れたときにMelenはMarshにビールをこぼした。マーシュはその名前を使うことに同意したが、メレンはそれを、マーシュがメレンにビールを持って帰ってもらいたかったからだと考えている。^{[ 5 ]}

この用語が印刷物で初めて登場したのは、Byte誌の1976年11月号に掲載されたCromemcoの広告でした。^{[ 6 ]}ジム・ウォーレンが司会を務めるS-100バスに関する最初のシンポジウムは、1976年11月20日にディアブロバレーカレッジで開催され、ハリー・ガーランド、ジョージ・モロー、リー・フェルゼンスタインがパネリストを務めました。^{[ 7 ]}わずか1年後、S-100バスは「コンピュータ業界で開発されたバス規格の中で最も広く使用されているもの」と評されるようになりました。^{[ 8 ]}

CromemcoはS-100メーカーの中で最大規模であり、Vector GraphicとNorth Star Computersがそれに続いた。^{[ 9 ]}他の革新的な企業としては、Alpha Microsystems、IMS Associates, Inc.、Godbout Electronics（後のCompuPro）、Ithaca InterSystemsなどがある。1984年5月、Microsystemsは150社以上の企業から500を超える「 S-100 / IEEE-696」製品を掲載した包括的なS-100製品ディレクトリを出版した。^{[ 10 ]}

S -100バス信号は 8080 CPU を使用すれば簡単に生成できたが、68000 などの他のプロセッサを使用すると、ますます難しくなった。信号変換ロジックによってボードのスペースがより多く占有された。それでも、1984 年までに、8 ビットの Intel 8080 から 16 ビットの Zilog Z-8000まで、11 種類の異なるプロセッサがS-100バス上で動作していた。^{[ 10 ]} 1986 年、Cromemco は Ed Lupin が設計した XXU カードを発表し、32 ビットのMotorola 68020プロセッサを使用した。^{[ 11 ]}

S-100バスが勢いを増すにつれ、異なるメーカーが製造する製品の互換性を確保するために、バスの正式な仕様を開発する必要が生じました。また、オリジナルのAltairコンピュータで使用されていたIntel 8080よりも高性能なプロセッサをサポートできるようにバスを拡張する必要もありました。1978年5月、George MorrowとHoward Fullmerは「 S-100バスの提案規格」を発表し、150のベンダーがすでにS-100バス向け製品を供給していることを指摘しました。この提案規格では、バスの8ビットデータパスと16ビットアドレスパスが文書化され、データパスを16ビットに、アドレスパスを24ビットに拡張することが検討されていると述べられました。^{[ 12 ]}

1979年7月、Kells Elmquist、Howard Fullmer、David Gustavson、およびGeorge Morrowは「S-100バスインターフェースデバイスの標準仕様」を発表しました。^{[ 13 ]} この仕様では、データパスが16ビットに、アドレスパスが24ビットに拡張されました。Mark Garetzが議長を務めるIEEE 696ワーキンググループは仕様の開発を続け、IEEE標準として提案され、1982年6月10日にIEEEコンピュータソサエティによって承認されました。 ^{[ 14 ]}

米国規格協会（ANSI）は、1983年9月8日にIEEE規格を承認した。エド・ロバーツがアルテア8800コンピュータ用に開発したコンピュータバス構造は拡張され、厳密に文書化され、米国規格IEEE Std 696–1983として指定された。^{[ 14 ]}

IBMは1981年にIBMパーソナルコンピュータを発表し、その後、1983年にXT、1984年にATと、より高性能なモデルを次々と発表しました。IBM独自の非互換バスアーキテクチャを採用したこれらのコンピュータの成功は、S-100バス製品の市場を大きく侵食しました。1984年5月、Sol Libes（IEEE-696ワーキンググループのメンバーだった）はMicrosystems誌に次のように書いています。「IBM PC互換市場と比較すると、S-100市場はもはや成長の可能性が限られている成熟産業とみなせることは疑いの余地がない」。^{[ 15 ]}

IBM PC製品が市場の低価格帯を席巻するにつれ、S-100マシンはより高性能なOEMおよびマルチユーザーシステムへと規模を拡大していった。例えば、シカゴ商品取引所ではS-100バスコンピュータのバンクが取引処理に使用され、米国空軍は任務計画システムにS-100バスマシンを導入した。^{[ 16 ] [ 17 ]}しかし、1980年代を通じて、趣味用、個人用、さらには小規模企業向けのS-100バスマシン の市場は縮小傾向にあった。^{[ 18 ]}

IBM互換コンピュータの性能が向上したため、 S-100バス製品の市場は1990年代初頭まで縮小し続けました。例えば、1992年にはシカゴ・マーカンタイル取引所がS-100バスコンピュータをIBMモデルPS/2に置き換えました。^{[ 19 ]} 1994年までに、S-100バス業界は十分に縮小したため、IEEEはIEEE-696規格のサポートを継続する必要性を感じなくなりました。IEEE-696規格は1994年6月14日に廃止されました。^{[ 14 ]}

• 「S100コンピュータ」は、カードの写真、ドキュメント、歴史などを多数掲載したウェブサイトです。
• 「CromemcoベースのS-100マイクロコンピュータ」Wayback Machineに2012年2月10日にアーカイブされた、Robert Kuhmannによる複数のS-100カードの画像
• 「ハーブのS-100グッズ」、ハーバート・ジョンソンによるS-100の歴史に関するコレクション
• 「IEEE-696 / S-100バス文書およびマニュアルアーカイブ」、ハワード・ハートのS-100マニュアルコレクション