PCI / PCI-X

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Beschreibung

PCI-X / PCI - Peripheral Component Interconnect Der PCI-Bus ist Industriestandard und war viele Jahre fester Bestandteil von IBM-kompatiblen PCs, Macs von Apple und Alpha-Workstations von Digital. Das von Intel im Jahr 1993 entwickelte Bus-System ist bis ins Detail normiert, so dass andere Computerhersteller den PCI-Bus nachbauen können.
Der PCI ist ein Bus, dessen zur Verfügung stehende Bandbreite sich alle Steckkarten und Onboard-Komponenten teilen müssen. Die theoretische Höchstgeschwindigkeit wird außerdem nur im Burst-Modus erreicht. Im Gegensatz zu anderen Bus-Systemen ist der PCI-Bus bei steigenden Anforderungen anpassungsfähig. Das PCI-BIOS erkennt jede Erweiterungskarte und konfiguriert sie selbständig (Plug & Play).
Der PCI-Bus sollte den 16-Bit-ISA-Bus und den Vesa-Local-Bus (VLB) ersetzen. Dies ist nur beim VLB gelungen. Obwohl der PCI-Bus sich schon lange durchgesetzt hatte, befand sich der ISA-Bus aus Kompatibilitätsgründen auch Jahre später noch auf einigen Motherboards.

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Multiplex-Betrieb

Der PCI-Bus kann 32 oder 64 Signalleitungen haben. Der PCI-Bus mit 32 Bit teilen sich Adress- und Datenbus die Signalleitungen. Die Signalleitungen werden im Multiplex-Betrieb genutzt. Das bedeutet, mit einem Takt wird zuerst die Adresse und in einem zweiten Takt das Datenwort gesendet. So werden 32 Signalleitungen eingespart.
In Servern kommt der PCI-Bus mit 64 Bit zum Einsatz. dort stehen jeweils 32 Adress- und Datenleitungen zur Verfügung.

Burst-Modus

Im Burst-Modus wurde nur einmal die Startadresse übertragen. Danach wird ein beliebig großer zusammenhängender Speicherblock, ohne weitere Adressierung, übertragen. Ein Latenz-Timer sorgt dafür, dass ein langer Burst unterbrochen werden kann, wenn eine andere Komponente den PCI-Bus benötigt.

Master-Betrieb

Damit der Prozessor entlastet wird können PCI-Komponenten untereinander Daten über den PCI-Bus austauschen. Die PCI-Karte, die Daten sendet ist der Master, die Karte die Daten empfängt, ist der Slave.
Für den Datenaustausch zwischen den PCI-Komponenten werden Steuerbefehle (Messages) gesendet. Laut der PCI-Spezifikation gibt es 256 Steuerbefehle. Die wichtigsten Steuerbefehle sind die Zugriffe auf Register der Erweiterungskarten und den Hauptspeicher.

Interrupt-Sharing

Der PCI-Bus erlaubt es, dass mehrere Erweiterungskarten sich einen Interrupt teilen. Laut der PCI-Spezifikation stehen jedem der drei PCI-Slots vier virtuelle Interrupts zur Verfügung. Davon wird in der Regel nur einer genutzt. Die anderen Interrupts werden dann verwendet, wenn eine Erweiterungskarte mehr als einen Interrupt benötigt. Die Motherboard-Hersteller haben sich in diesem Punkt nicht immer an die Spezifikation gehalten.

Elektrische und prozessorabhängige Entkopplung

Zwischen CPU und den Erweiterungssteckplätzen befindet sich die PCI-Bridge, die mit Puffer-Schaltkreisen stabile elektrische Signale garantiert. Die PCI-Bridge (Host) macht die PCI-Erweiterungskarten unabhängig vom Hauptprozessor. Lediglich das interne PCI-Karten-BIOS muss den Prozessor unterstützen.

PCI-X

Die PCI Special Interest Group (PCI-SIG) brachte 1999 den Standard PCI-X heraus. Die Version 1.0 ist eng mit dem normalen PCI verwandt, der in PCs eingesetzt wird. Meistens wird PCI-X in Dual-Prozessor-Systemen eingesetzt. Die 64-Bit-Variante von PCI-X ermöglicht eine Taktfrequenz von 133 MHz und Übertragungsraten von bis zu 1,06 GByte/s. Bei der Maximalfrequenz von 133 MHz kann allerdings nur eine Steckkarte pro Bus betrieben werden. Deshalb werden entsprechende Motherboards mit mehreren parallelen PCI-X-Bussen ausgestattet.
PCI-X-Geräte sollen die maximal nutzbare Übertragungsleistung auf dem PCI-X-Bus durch neue Möglichkeiten der Zugriffsprotokolle nutzen. PCI-X ist abwärtskompatibel zu PCI, wenn die verwendete Steckkarte mit 3,3V Signalspannung und 66 MHZ funktioniert. Durch Kodierkerben im Kontaktkamm und im Slot ist dafür gesorgt, das 5V-Karten nicht in den 3,3V-Slot passen und umgekehrt.
Die PCI-X-Version 2.0 verbessert die Effizienz auf dem PCI-Bus und bringt eine ECC-Fehlerkorrektur für die übertragenen Daten mit. Die Erweiterung der Spezifikation ermöglicht mit PCI-X 266, 533 und 1066 Datentransferraten von 2,6, 4,2, und 8,5 GByte/s. Erreicht wird das durch zwei- oder mehrkanalige Double- und Quad-Data-Rate-Übertragungsverfahren. Diese Geschwindigkeiten sind in Servern mit Gigabit-Ethernet-Karten oder Telekommunikationssystemen in Verbindung mit Glasfaser notwendig.

Übersicht: PCI und PCI-X SpezifikationBus-Breite Taktfrequenz Datentransferrate Signalspannung Geräte pro Bus Einführung PCI 2.0 32 Bit 8 bis 33 MHz 0,12 GByte/s 5 V 6 1993 PCI 2.332 Bit 33 MHz 0,133 GByte/s 5V6 2002 PCI 2.364 Bit 33 MHz0,266 GByte/s 5V6 2002 PCI 2.332 Bit 66 MHz 0,266 GByte/s3,3V3 2002 PCI 2.364 Bit 66 MHz 0,533 GByte/s3,3V3 2002 PCI-X 1.064 Bit 66 MHz 0,533 GByte/s3,3V4 1999 PCI-X 1.064 Bit 100 MHz 0,800 GByte/s3,3V2 1999 PCI-X 1.064 Bit 133 MHz 1,066 GByte/s3,3V1 1999 PCI-X 266 (2.0)64 Bit133 DDR2,133 GByte/s1,5V1 2003 PCI-X 533 (2.0)64 Bit133 QDR4,266 GByte/s1,5V1 2003 Übersicht: Interne Bussysteme
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