PCI - Der Peripheral Component Interconnect Bus

Inhalt:

Übersicht

Die Name PCI ist abgeleitet von Peripheral Component Interconnect und bezeichnet eine Reihe von standardisierten Computer-Bus-Architekturen, die dazu verwendet werden, Baugruppen auf der Hauptplatine von Computern miteinander zu verschalten und auch Steckplätze für Erweiterungskarten zur Verfügung zu stellen.

Die technischen Spezifikationen der einzelnen Bus-Architekturen sind durch die PCI Special Interest Group (PCI SIG) festgelegt worden. Im Laufe der Jahre hat die PCI SIG mehrmals neue, überarbeitete Versionen der Spezifikation herausgegeben, um den wachsenden Ansprüchen neuer, leistungfähigerer Computer gerecht zu werden.

Alle PCI-Spezifikationen enthalten eine vollständige Plug-And-Play-Unterstützung, das heißt, das Computer-BIOS oder das Betriebssystem kann feststellen, welche Ressourcen (Speicherbereiche, I/O-Adressen, Interrupt-Leitungen) eine solche Karte benötigt und diese so zuteilen, dass keine Konflikte zwischen den Karten entstehen.

Jede PCI-Karte wird durch einen eindeutigen Hersteller-Code (Vendor ID) identifiziert, welcher dem Hersteller durch die PCI SIG zugeteilt wurde, sowie durch eine Baugruppen-Nummer (Device ID), die jeder Hersteller für seine Karten frei vergeben kann. Dadurch ist die zugehörige Treiber-Software in der Lage, von ihr unterstützte Baugruppen sicher zu identifizieren.

Konventioneller PCI-Bus mit 5V Signalpegeln

Der ursprüngliche PCI-Standard spezifizierte 5V Bus-Signalpegel, da die meisten Mikroprozessoren und zugehörigen Chips zu dieser Zeit diesen Signalpegel verwendeten. Auch die ersten von Meinberg hergestellten PCI-Karten arbeiteten ausschließlich mit 5V-Bus-Signalen.

Neuere Computerchips wurden so ausgelegt, dass sie mit niedrigeren Signalpegeln arbeiteten. Aus diesem Grund wurde eine neuere PCI-Spezifikation herausgegeben, die Bus-Signalpegel von 3.3V verwendet.

Konventioneller PCI-Bus mit 3.3V Signalpegeln

Um die maximale Taktrate des PCI-Bus zu erhöhen, und nicht zuletzt, um den Stromverbrauch zu senken, wurde der PCI-Standard erweitert, um Bus-Signale mit 3.3V Pegeln zu ermöglichen.

Damit nicht versehentlich reine 5V-PCI-Karten in einem Steckplatz für 3.3V-Karten installiert werden kannten und umgekehrt, wurden die Steckplätze durch einen Steg codiert, der sich bei 3.3V-Steckplätzen an einer anderen Stelle befindet als bei 5V-Steckplätzen. Dadurch wird sichergestellt, dass eine Karte nur in einem solchen Steckplatz eingebaut werden kann, für den sie auch geeignet ist.

Viele PCI-Einsteckkarten können sowohl mit 3.3V-Signalpegeln als auch mit 5V-Signalpegeln betrieben werden. Solche Karten haben an der Kontaktleiste zwei Einkerbungen, damit sie in beide Arten von Steckplätzen passen. Bei allen aktuellen PCI-Karten von Meinberg handelt es sich um solche Karten, die entweder in einem 3.3V-Steckplatz oder in einem 5V-Steckplatz installiert werden können.

Konventionelle PCI-Steckplätze verwenden Datenbusbreiten von 32 oder 64 Bit sowie eine Taktfrequenz von bis zu 33 oder 66 MHz. Als die mit diesen Werten erreichbare Datenübertragungsrate für moderne Computer nicht mehr ausreichte, erarbeitete die PCI SIG einen Nachfolge-Standard mit dem Namen PCI-X. In diesem Zusammenhang werden die älteren PCI-Slots oft als "konventionelles PCI" bezeichnet.

PCI-X Bus

Bei PCI-X handelt es sich um eine neuere Spezifikation, die eine wesentlich höhere Datenübertragungsrate erreicht als konventionelles PCI. Da diese hohe Leistung meist in Server-Rechnern benötigt wird, z.B. für schnelle Festplatte-Controller oder Netzwerkkarten, findet man PCI-X-Steckplätze meist auf speziellen Hauptplatinen für Server.

Der maximale Bustakt eines Steckplatzes nach PCI-X-Spezifikation v1.0 beträgt 133 MHz, wobei ausschließlich 3.3V-Signalpegel verwendet werden. Da die PCI-X-Spezifikation jedoch abwärtskompatibel zur konventionellen 3.3V-PCI-Spezifikation ist, können konventionelle 3.3V-PCI-Karten, die mit einem Bustakt von 66 MHz arbeiten, in einem PCI-X-Steckplatz betrieben werden. Da alle aktuell von Meinberg hergestellten PCI-Karten diese Anforderungen erfüllen, können alle aktuellen PCI-Karten von Meinberg in einem PCI-X-Steckplatz installiert werden. Allerdings ist es nicht möglich, eine reine 5V-PCI-Karte in einem PCI-X-Steckplatz zu installieren.

Hinweis:
Wenn eine konventionelle PCI-Karte in einem PCI-X-Steckplatz installiert wird, wird der Bustakt für alle PCI-X-Steckplätze am gleichen Bus bis auf die maximale Taktrate der PCI-Karte verringert. Damit echte PCI-X-Karten jedoch ihre volle Leistung bringen können, sollten diese auch mit der vollen Busgeschwindigkeit arbeiten können.

Aufgrund von elektrischen Eigenschaften ist die Leitungslänge zwischen zwei PCI-X-Steckplätzen auf dem Mainboard beschränkt, die PCI-Spezifikation erlaubt daher nur 2 PCI-X-Steckplätze pro Bus. Wenn also mehr als 2 PCI-X-Steckplätze verfügbar sind, sind diese auf mehrere Busse mit je 2 Steckplätzen verteilt.

Wenn also eine PCI-Karte in einem PCI-X-Steckplatz installiert wird, ist nur ein weiterer Steckplatz direkt daneben von einer verminderten Transferrate betroffen. Weiter PCI-X-Steckplätze sind nicht beeinträchtigt, da diese über andere Busse angesprochen werden.

Im Zweifelsfall sollte das Handbuch des Mainboards darüber Auskunft geben, welche PCI-X-Steckplätze jeweils zu einem Bus gehören.

PCI-Express (PCIe oder PCI-E)

Bei PCI-Express handelt es sich um die neueste Spezifikation eines PCI-Busses, der zwar von der Software-Seite her kompatibel zu anderen PCI-Implementierungen ist, der jedoch auf einem völlig anderen Hardware-Konzept basiert.

PCI-Express wurde so ausgelegt, dass über eine geringe Anzahl von Leitungen eine hohe Datenübertragungsrate möglich ist. Dazu wird ein schnelles serielles Protokoll verwendet, ähnlich wie bei Netzwerkverbindungen oder Verbindungen nach dem IEEE1394-Standard ("Firewire"). Ein einzelner PCIe-Steckplatz kann wiederum mehrere solcher sogenannten Lanes gleichzeitig enthalten und verwenden, um dadurch ein Mehrfaches der Übertragungsrate einer Einzelverbindung zu erreichen.

Da sich diese Übertragungsweise grundsätzlich von den vorherigen Übertragungsmechanismen unterscheidet, ist es nicht möglich, eine PCI-Express-Karte in einem PCI- oder PCI-X-Steckplatz zu installieren, oder umgekehrt.

Zusammenfassung

• Steckplätze für 5V PCI und 3.3V PCI/PCI-X sind unterschiedlich codiert, um zu verhindern, dass Erweiterungskarten in einem Steckplatz installiert werden, der unpassende Bus-Signalpegel verwendet.
  
  
• Viele PCI-Erweiterungskarten arbeiten sowohl mit 3.3V als auch mit 5V Signalpegeln, daher können diese in beiden Arten von Steckplatz verwendet werden.
  
  
• Alle aktuellen Meinberg PCI-Karten sind so codiert, dass sie entweder in einem 5V-Steckplatz oder in einem 3.3V-PCI/PCI-X-Steckplatz installiert werden können:
  GPS-Karte, DCF77-Karte, IRIG-Karte
  
  
• Wenn eine konventionelle PCI-Karte in einem PCI-X-Steckplatz installiert wird, kann das die maximale Übertragungsrate eines benachbarten PCI-X-Steckplatzes beeinträchtigen, siehe Hinweis.
  
  
• PCI-Express verwendet eine völlig andere Übertragunsweise als konventionelles PCI und PCI-X, daher können PCI-Express-Karten nicht in PCI/PCI-X-Steckplätzen installiert werden und umgekehrt.