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Der PCI-Bus (Peripheral Component Interconnect)

Der PCI-Bus ist eine Datenübertragungsleitung, mit der Informationen zwischen Peripheriegeräten und dem Chipsatz eines PC-Systems ausgetauscht werden. PCI steht für „Peripheral Component Interconnect“ und wurde 1991 von Intel vorgestellt, wo man einen plattformübergreifenden Hochgeschwindigkeits-Datenbus für zukünftige Rechnergenerationen entwickeln wollte. Typischerweise werden über den PCI-Bus Erweiterungssteckkarten in ein Computersystem eingebunden.

PCI trat die Nachfolge des Vesa Local Bus an, der speziell auf die 486er-Proessorgeneration zugeschnitten wurde und schwerpunktmäßig als schnelles Interface für Grafikkarten zum Einsatz kam. Zum anderen sollte er den seit den frühen 80er Jahren weit verbreiteten, aber langsamen 16-Bit-ISA-Bus ablösen, dessen ca. 10 MHz Taktfrequenz längst nicht mehr zeitgemäß erschienen.

1993 wurde der PCI-Bus in der Version 2.0 von einer Gruppe aus namhaften Computerfirmen, allen voran Intel, zum neuen Industriestandard deklariert und anschließend flächendeckend eingeführt. Über die zunächst 32 Bit breite und mit 33 MHz betriebene Leitung konnten bis zu 133 MB pro Sekunde an Daten übertragen werden, was selbst für die schnellsten PC-Grafikkarten damals ausreichend erschien.

Bis ca. 1995 hatten sich die charakteristischen, ca. 17cm langen und meist weißen 32 Bit-PCI-Steckplätze auf den Computer-Hauptplatinen durchgesetzt. Der Vesa Local Bus war praktisch über Nacht verschwunden und ISA wurde lediglich aus Kompatibilitätsgründen noch einige Jahre länger angeboten, um die Weiterverwendung der im Umlauf befindlichen ISA-Steckkarten noch etwas länger zu ermöglichen.

Neben der höheren Geschwindigkeit lag ein weiterer großer Vorteil von PCI gegenüber dem Vorgängersystem ISA in seiner Plug and Play-Fähigkeit. Die Zuweisung von Systemressourcen geschah nun automatisch beim Systemstart und ohne, dass der Benutzer es überhaupt merkte. Bei ISA mussten die Systemressourcen, die eine Steckkarte verwenden sollte, in der Regel noch manuell über Steckbrücken auf der Karte festgelegt werden, was umständlich war und Fehler verursachen konnte (wenn zwei Karten versehentlich dieselben Ressourcen zugewiesen bekamen, funktionierte oft das gesamte Computersystem nicht mehr).

Als Standard-Bussystem wurden für PCI im Laufe der Zeit praktisch alle denkbaren Arten von Erweiterungskarten hergestellt. Neben den bereits erwähnten Grafikkarten umfasst das Angebot z. B. Netzwerk-, Sound- und Schnittstellenkarten (etwa mit USB-Anschlüssen), Controller für Festplatten- und CDROM-Laufwerke bis hin zu speziellen Schnittstellenkarten für Messzwecke, die in Forschung und Industrie zum Einsatz kommen. Auch heute noch werden Erweiterungskarten für den „klassischen“ PCI-Bus hergestellt, die in Puncto Leistung und Qualität aktuellen Anforderungen gerecht werden; als Beispiel seien hier die aktuelle X-Fi-Soundkarten der Firma Creative genannt.

Das PCI-Bussystem hat sich insgesamt also als überaus langlebig erwiesen. Ein oder mehrere PCI-Slots finden sich auch im Jahr 2013 in den meisten Computersystemen. Neben PCs kommt PCI auch in Apples Macintosh-Rechnern sowie im Workstation-Bereich zum Einsatz.

Der PCI-Standard wurde über die Jahre stetig weiterentwickelt und an unterschiedliche Anforderungen angepasst. So wurde z. B. mit dem Standard 2.1 bereits 1994 eine 64-Bit-Variante eingeführt, welche zugleich die Taktrate auf 66 MHz verdoppelte und somit eine Datendurchsatzrate von maximal 533 MB pro Sekunde erlaubte. Damit sollten z. B. die Bedürfnisse im Workstation- und Serverbereich nach einem Hochleistungsinterface, z. B. für schnelle SCSI-Festplatten, befriedigt werden. Parallel wurde die Versorgungsspannung von 5 auf 3,3 Volt reduziert, um den Stromverbrauch von Computersystemen zu senken. Um eine falsche Spannungsversorgung der Erweiterungskarten zu vermeiden, wurde die Position der Einkerbungen auf den Steckerleisten verändert, so dass physisch keine falschen Steckkarten in die Slots eingesetzt werden konnten. Dies sollte jedoch mit dazu beitragen, dass sich der Standard 2.1 langfristig nicht durchsetzen konnte – innerhalb kürzester Zeit hatten sich Steckkarten nach Version 2.0 derart verbreitet, dass viele Mainboardhersteller nicht auf Slots vom Typ 2.0 verzichten wollen – bis heute.

1998 kam mit PCI-X eine weitere „Ausbaustufe“ hinzu, mit der Datenübertragungsraten über einem Gigabyte pro Sekunde (später sogar bis zu vier Gigabyte) möglich waren. Diese sehr langen Steckplätze wurden insbesondere auf Server-Mainboards verbaut; im Consumer-Bereich hält sich dagegen bis heute der 32-Bit-PCI-Bus nach Standard 2.0. Der Hauptgrund dafür dürfte sein, dass die maximale Datenrate für viele Einsatzzwecke noch immer ausreicht und PCI-Erweiterungskarten des Typs 2.0 über die Jahre die größte Verbreitung unter den verschiedenen Varianten gefunden haben.

Natürlich wuchs auch im Consumer-Bereich mit den Jahren der Bedarf nach schnelleren Bus-Systemen, besonders für die immer leistungsfähigeren Grafikkarten. Doch statt weiter auf PCI zu setzen und die schnelleren Ausbaustufen zu nutzen, wurde mit dem Accelerated Graphics Port ab 1997 parallel ein neuer Standard speziell für Grafikkarten definiert (der allerdings technisch auf PCI aufbaut). Damit ließen sich eine Zeit lang die Ansprüche leistungsfähiger 3D-Beschleunigerkarten befriedigen – doch Anfang des neuen Jahrtausends zeichnete sich ab, dass die maximal technisch mögliche Ausbaustufe von AGP schon bald erreicht sein würde.

Darum wurde 2004 wurde mit PCI Express ein Nachfolge-Bussystem eingeführt, mit dem nun auch wieder jede Art von Steckkarten (nicht nur Grafikadapter) in ein Computersystem eingebunden werden konnte. Mit PCI-Express sind ungleich höhere Datendurchsatzraten (in der aktuellen Version 3.0 bis zu 16 GB pro Sekunde) möglich. Auch technisch scheint damit das Maximum noch nicht erreicht zu sein – eine Version 4.0 ist bereits in Planung und soll ab 2014 bis zu 32 GB pro Sekunde am Datendurchsatz ermöglichen.

PCI Express wird den „klassischen“ PCI-Bus langfristig mit Sicherheit verdrängen; doch solange es noch eine Vielzahl an Erweiterungsmöglichkeiten gibt, für welche die Datenrate von PCI 2.0 ausreicht, wird man die entsprechenden Slots auch in aktuellen Computersystemen weiterhin vorfinden.