myGLOSSAR.de: PCI-Bus, ISA-Bus, AGP, EISA, PC-Bus, PCbus, Computerbus, Computer-Bus, Erweiterungskarten, Micro Channel, MCA, Bussystem

PC- / Computer-Bus

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Übersicht:

AGP - "Accelerated Graphics Port"
AMR
CNR
EISA - "Extended Industry Standard Architecture"
ISA - "Industrie Standard Architecture"
Local Bus
MCA - "Micro Channel Architecture"
PCI-Bus - "Peripheral Component Interconnect Bus"
PCI-X

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allgemein:

Ein (PC)-Bus ist ein System von parallelen Leitungen zur Übertragung von Daten zwischen einzelnen Systemkomponenten - also zwischen Mikroprozessoren, Hauptspeicher, Schnittstellen und Erweiterungskarten. Hardwareseitig sieht der Aufbau paralleler Bussysteme, etwa PCI und SCSI, allgemein folgendermaßen aus:

Der Datenbus regelt die Datenübertragung - z.B. auf einer Datenwortbreite von 8, 16, 32 oder 64 Bit,
der Adreßbus die Auswahl der Einzelgeräte und Adressierung innerhalb der Geräte,
der Steuerbus die Busanforderung, Arbitrierung, Interrupts, Handshaking,
und der Versorgungsbus schließlich die Stromversorgung und Taktleitungen. Bei seriellen Bussystemen gibt es nur eine Leitung als Busstruktur.

Außerdem unterscheidet man zwischen unidirektionalen und bidirektionalen Leitungssystemen.

Für die Schnelligkeit des Datentransports ausschlaggebend ist die Busbreite (8-, 16-, 32- und 64-Bit). Sie entscheidet wesentlich mit über die Arbeitsgeschwindigkeit des Computers. Es werden verschiedene Standards unterschieden: 16 Bit (ISA / AT-Bus), 32 Bit (EISA, Microchannel, Local Bus und PCI-Bus) und 64 Bit (VME-Bus).

c't gibt Tipps bei Problemen mit Steckkarten
Steckkarten in Rechnern nicht beliebig kombinierbar
(Meldung der c't vom 19. Mai 2000)

Nach dem Einbau einer neuen Erweiterungs-Karte will der Rechner oft nicht mehr laufen. Mit entsprechendem Know-how gelingt es in den meisten Fällen dennoch, eine unverträgliche Steckkarte zur Mitarbeit zu bewegen, erklärt das Computermagazin c't in seiner Ausgabe 11/2000.

Obwohl sich der PCI-Bus seit seinem Erscheinen vor sieben Jahren auf breiter Front durchgesetzt hat, funktioniert das darauf beruhende Plug&Play nicht immer. Nach wie vor scheitern Hardware-Käufer an der scheinbar einfachen Aufgabe, eine Steckkarte in ihrem PC in Betrieb zu nehmen.

Die Probleme werden von der Zuteilung von Interrupts zu den Steckkarten verursacht. Als Lösung bleibt nur das so genannte Interrupt-Sharing, bei dem die diversen Treiber selbst herausfinden müssen, welches Gerät den Treiber ausgelöst hat. Ein kleiner Fehler in einem dieser Treiber genügt jedoch, um das ganze Konzept auszuhebeln. Allein die elektrische Präsenz zweier Geräte an einer Leitung bewirkt, dass beide Geräte nicht mehr funktionieren.

"Dies ist ganz eindeutig ein Fehler, den die Programmierer der Kartentreiber zu verantworten haben", erklärt c't-Redakteur Christof Windeck. "Wenn die mitgelieferten Treiber mit geteilten Interrupts nicht zurechtkommen, ist das ein Zeichen mangelnder Produktqualität." Nicht einmal ein hoher Preis einer speziellen Steckkarte ist eine Garantie für konfliktfreie Treiber. Meist kann man das Problem beheben, wenn man bei der Systemkonfiguration die richtigen Einstellungen von Hand vorgibt. Dazu ist allerdings einiges an Wissen über das Zusammenspiel von Hard- und Software bei der Interrupt-Zuteilung nötig.

ACR

Abkürzung für "Advanced Communication Riser" • Möglicherweise Konkurrenz für Intels Communication-Network-Riser-Slot (CNR), der mit Zusatzsteckkarten für Sound, Netz- und Internetverbindung sorgt. Die Chipsatzhersteller VIA, 3Com und andere haben diese Alternative entwickelt.

Obwohl VIA sich bei der Namensgebung nichts Originelles hat einfallen lassen, warten der ACR-Slot beziehungsweise die Zusatzkarten doch mit einer Neuigkeit auf: einem DSL-Modem. Ansonsten bietet der Slot die gewohnten Features: Platz für Sound-, Netz- oder Analogmodemkarten. Auch sein Design ist bekannt: ein um 180 Grad gedrehter PCI-Slot, bei dem allerdings nicht alle 120 Pins belegt sind. So kann der Standard auch erweitert werden. Und abwärtskompatibel zu AMR ist ACR auch. Damit hat ACR im Vergleich zu CNR die Nase vorn, denn der nimmt keine AMR-Karten auf.

AGP

Abkürzung für "Accelerated Graphics Port" • Nach ISA, EISA, Microchannel, LocalBus und PCI ein weiterer Steckplatz / Bus im PC-Bereich. Er macht die Grafik schneller und realistischer. Die Idee ist/war simpel: Man erlaube der Grafikkarte, sich nach Belieben Speicherplatz vom Arbeitsspeicher (RAM) auf der Hauptplatine abzuzweigen, und sorge mit einem unabhängigen, separaten Grafikbus dafür, daß die Daten auf direktem Wege schnell herbeigeschafft werden können.

Der AGP-Bus wurde zunächst mit 66 Megahertz getaktet; gegenüber dem mit 33 Megahertz getakteten PCI bedeutete dies eine Erhöhung der maximalen Übertragungsrate auf 266 Megabyte pro Sekunde (MB/s). Im Pipelining-Verfahren des 2x-Modus (siehe den Kasten) kamm man sogar auf einen Maximalwert von 595 MB/s, was der vierfachen Geschwindigkeit des PCI-Busses entsprach.

Die höhere Bandbreite beim Datentransfer ist nicht der einzige Vorteil, den AGP gegenüber PCI zu bieten hat.

So verfügt AGP beispielsweise über einige zusätzliche Signalleitungen, um das Pipelining zu steuern: Während beim PCI-Bus eine Anforderung von Daten erst dann erfolgen kann, wenn der vorangegangene Datentransfer abgeschlossen ist, können beim AGP Daten bereits angefordert werden, während die zuvor verlangten Daten noch im Speicher gesucht werden.
Am AGP-Bus hängt ausschließlich die Grafik. So kann die gesamte Bandbreite des Busses genutzt werden, ohne auf andere Geräte (SCSI-Adapter, ISDN-Karte,...) Rücksicht nehmen zu müssen. Damit ist AGP aber nicht so universell wie der PCI-Bus, für den es alle möglichen Steckkarten gibt. Der AGP ist deshalb eher eine Erweiterung als ein Ersatz der PCI-Steckplätze.
Texturen können direkt aus dem Arbeitsspeicher (RAM) ausgeführt werden.
Auf der AGP-Grafikkarte reich(t)en zunächst 4 Megabyte RAM auch für anspruchsvolle Aufgaben aus (Spiele ausgeschlossen).
Hauptprozessor (CPU) und Grafikchip können quasi gleichzeitig auf das RAM zugreifen.
Auf die Grafikdaten im RAM kann die CPU schneller zugreifen als auf den lokalen Grafikspeicher auf der Karte.

AGP-Spezifikationen

AGP ist nicht gleich AGP. In den Spezifikationen sind verschiedene Modi definiert, mit denen unterschiedlich große Bandbreiten erreicht werden. Für die erreichbare Geschwindigkeit des Grafik-Subsystems ist diese Bandbreite ganz entscheidend.

AGP 1x: Allein der auf 66 Megahertz verdoppelte Bustakt liefert mit 266 MB/s einen doppelt so hohen Datendurchsatz wie PCI. Zu beachten ist dabei, daß es sich bei dieser Angabe - wie bei allen hier dargestellten Modi - um einen Peak handelt. Die in der Praxis erreichten Werte liegen darunter.
AGP 2x: Hier wird nicht nur die aufsteigende, sondern auch die abfallende Flanke des 66-MHz-Clock-Signals dazu benutzt, einen Datentransport zu initiieren. Das Resultat: eine maximale Übertragungsrate von 528 MB/s.
Ob der schnellere 2fach-Modus unterstützt wird, hängt vom Hersteller der Grafikkarte ab. Außerdem konnte der AGP 2x-Moduls lange Zeit gar nicht doppelt so schnell sein wie der 1fach-Modus, da 528 MB/s bereits die maximale Bandbreite des Arbeitsspeichers waren, auf den aber auch die CPU zugreift.
AGP 4x: Den Engpaß beim Speicherzugriff könnte der 4x-Modus beseitigen. Voraussetzung dafür ist eine Erhöhung des AGP-Bustakts von 66 auf 100 Megahertz. Damit wird rein rechnerisch ein Peak von 800 MB/s erreicht.
AGP 8x: Intel hat Ende 2000 eine Spezifikation des neuen Schnittstellenstandards für Grafikkarten "AGP 8x" veröffentlicht. Die Version "Rev. 0.9" ist zwar noch nicht endgültig verbindlich, gibt Herstellern allerdings schon klare Richtlinien, wie die Technologie aussehen wird.
Intel betrachtet AGP 8x als "natürliche Evolution" der bisherigen Standards AGP 2x und AGP 4x. Das Unternehmen glaubt, dass die neue Generation, die nicht vor 2002 in Geräten erwartet wird, den Bandbreitenbedarf "für mindestens zwei Grafikkartengenerationen abdecken wird". Der theoretische Datendurchsatz von AGP 8x liegt bei 2,1 Gigabyte je Sekunde. Der Leistungsfähigkeit des neuen AGP-Ports werden allerdings durch die Geschwindigkeit des Arbeitsspeichers Grenzen gesetzt. Denn der Datendurchsatz am AGP-Port kann höchstens so hoch sein wie der des Arbeitsspeichers. Beim 1600er DDR-RAM sind somit maximal 1,6 Gigabyte Datenübertragung pro Sekunde möglich.
Die ersten greifbaren Produkte mit dem neuen Steckplatz-Standard sollen im vierten Quartal 2001 erscheinen. Sowohl Pentium 4 wie auch Athlon sollen jeweils mit SDRAM und DDR-RAM unterstützt werden.

AMR

Abkürzung für "Audio Modem Riser" ("rise" - engl.: Steigung, Anhöhe, Aufgang, Anstieg) • Intel verfolgt zur Jahrtausendwende mit AC97 die Idee, daß moderne Prozessoren über genügend Leistungsreserven verfügen (würden), um neben den normalen Aufgaben auch noch die paar Analogdaten zu berechnen. Konkret sind Audio- und Modemdaten gemeint, und herausgekommen sind die AC97-Spezifikation (Audio Codec 97) und der AMR-Slot.

Verschiedene Konfigurationen sind dabei denkbar:

Die normale: Auf dem Mainboard befinden sich der AC97-Controller, der primäre AC97-Codec und die zugehörigen Audio-Steckverbindungen. Auf der optionalen Modem-Riser-Karte im AMR-Slot sitzen der sekundäre Modem-Codec sowie die Telefonstecker.
Die billige: Nur der AC97-Controller und der AMR-Slot sind auf dem Mainboard, das dann keine Sound-Fähigkeiten bietet. Bei der Riser-Karte kann man nun zwischen einer reinen Sound-Codec-Karte wählen und einer mit Sound- und Modem-Codecs. Ob diese Kombi-Karte mit einem leistungsfähigen primären Misch-Codec aufgebaut ist oder ob sie einen primären Audio-Codec und einem sekundären Modem-Codec kombiniert, spielt kaum eine Rolle.
Die integrierte: Auf dem Mainboard befinden sich alle benötigten Codecs. Wieder ist es egal, ob ein aufwendiger Codec alles kann oder zwei Codecs sich Audio- und Modem-Wandlungen teilen. Das Board muß Anschlüsse für Audio und Telefon bieten, kann aber auf einen AMR-Slot verzichten.

siehe auch Softmodem, ACR und CNR

CNR

Abkürzung für "Communication and Networking Riser" ("rise" - engl.: Steigung, Anhöhe, Aufgang, Anstieg) • Der Prozessorhersteller INTEL hat Anfang 2000 die CNR-Specification für ATX-Motherboards vorgestellt. Es handelt sich dabei um einen PC-Steckplatz für Audio-, Modem-, LAN- und USB-Karten. Damit sollen PC-Anschlüsse unkompliziert mit den international verschiedenen Internet-Zugängen in Einklang gebracht werden können. Zudem sollen sowohl Multichannel-Audio, analoge V.90-Modems, Heimnetzwerke über Telefonleitungen und 10/100-Ethernet-Netze unterstützt werden. "Außerdem ist CNR offen für noch zu entwickelnde neue Anschlussmöglichkeiten." sagte INTEL im Februar 2000.

siehe auch Advanced Communication Riser (ACR)

EISA

Abkürzung für "Extended Industry Standard Architecture" • Angedachter Nachfolger von ISA- und AT-Bus. Der EISA-Bus kann erst ab 386er Prozessoren eingesetzt werden und unterstützt eine Datenbusbreite von 32 Bit. Heute nicht mehr aktuell.

ISA

Abkürzung für "Industrie Standard Architecture" • Von IBM eingeführtes standardisiertes Bussystem für den AT-Bus - der Klassiker unter den Bus-Systemen: die langen, schwarzen Steckerleisten (1) sind für herkömmliche Einsteck-Karten geeignet und werden in der Regel mit 8,33 Megahertz betrieben. Plug & Play ist unter WINDOWS 95 nur mit Einschränkungen möglich.
Neue Rechner haben höchstens noch drei ISA-Slots und ansonsten PCI-Slots für den PCI-Bus (2).

Local Bus

Ein alternatives Bus-System, der zum späten Standard in 486er Computern wurde. Einige Zeit wurde der Local Bus als Alternative zum PCI-Bus diskutiert, der sich in Pentium-Computern durchsetzte.

MCA / Micro Channel

Abkürzung für "Micro Channel Architecture" • Mikrokanal-Architektur. 1987 von IBM auf den Markt gebrachtes 32 Bit Bus-System, das den ISA-Bus ablösen sollte. MCA konnte sich aber nicht durchsetzen, da es nicht kompatibel zu den bestehenden Bus-Systemen (ISA, EISA-Bus) war. Außerdem erhob IBM eine Lizenzgebühr für die Benutzung.

PCI-Bus

Abkürzung für "Peripheral Component Interconnect Bus" • Am großen Erfolg des von IBM, INTEL und Microsoft entwickelten Standards für DOS- bzw. WINDOWS- Rechner haben die Erweiterungssteckplätze einen beträchtlichen Anteil. Sie erlauben es jedem PC-Besitzer, sein Gerät nach Wunsch und Bedarf mit genormten Hardware-Erweiterungen zu ergänzen. Die im ursprünglichen IBM-PC eingeführten ISA-Steckplätze ("Industry Standard Architecture") (1) erwiesen sich jedoch im Laufe der Zeit als technisch überholt. Ihre Taktfrequenz von 8,33 Megahertz war ebenso anachronistisch wie die damit erreichbare Übertragungsrate von rund vier Megabyte pro Sekunde. Dieser Wert ist zwar im Vergleich mit Telekommunikations- Übertragungen hoch, aber geradezu lächerlich für den Datentransfer schneller Grafik- oder Netzwerkkarten. Auch die ISA-Datenbreite von 16 Bit paßt nicht mehr zu modernen 32-Bit-Prozessoren.

Abgelöst wurde der ISA-Bus 1991 nach einigen weniger erfolgreichen Zwischenlösungen (Microchannel, EISA oder VESA-Localbus) schließlich vom PCI-Standard. Die ersten PCI-Bus-Versionen (2) arbeiteten mit einer Taktfrequenz von bis zu 66 Megahertz (je nach Taktfrequenz des Mikroprozessors) und konnten auf diese Weise bis zu 132 Megabyte pro Sekunde über den Bus bewegen. Die Datenleitungen sind zunächst auf 32-Bit-Architekturen ausgelegt, zusätzlich unterstützt der PCI-Bus Hardware-Erkennungssysteme wie das in Windows 95 enthaltene "Plug & Play ". Die erweiterte Version des PCI-Bus für 64-Bit-Architekturen schafft übrigens 264 Megabyte pro Sekunde (im Non-Burst-Write-Modus).

Seit 1998 sollten, wenn es nach Microsofts Vorstellungen gegangen wäre, neue Rechner nur noch mit PCI-Slots bestückt werden.

siehe auch AGP, www.pcisig.com

Erste Produkte für Mini-PCI-Standard
(Meldung PC-Welt vom 25.3.1999)

Der Mini-PCI-Standard ist zwar noch nicht verabschiedet. Doch die ersten Hersteller rüsten sich bereits für die neue Lösung, mit der sich die Erweiterungsmöglichkeiten für Notebooks und Handheld-Computer verbessern lassen sollen. So hat 3Com eine Netzwerkkarte im Mini-PCI-Format angekündigt, die in Mini-Notebooks von Hitachi eingebaut werden soll. Der Mini-PCI-Bus soll halb so viel Platz benötigen wie zwei PC-Card-Einschübe und einen höheren Datendurchsatz bieten. Außerdem lassen sich damit die Herstellungs- und Service-Kosten für Notebooks senken. Auch die Konfiguration nach Kundenwunsch ließe sich dank des neuen Designs besser umsetzen. Die Mini-PCI-Spezifikation wurde letzten August von diversen PC-Herstellern - darunter Compaq, Dell, Gateway, IBM und Hitachi - vorgeschlagen. Der Standard soll diesen Sommer 1999 verabschiedet werden.

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PCI-X

Wie der amerikanische Newsdienst CNet Mitte 1998 berichtete, arbeiten Compaq, Hewlett-Packard und IBM unter der Bezeichnung PCI-X (Codename Project 1) bereits seit 1996/1997 an der Weiterentwicklung des von INTEL definierten PCI-Standards.

Mitte 2002 hat die PCI Special Interest Group (PCI SIG) den neuen Standard "PCI Express" und wesentliche Teile der PCI-X-2.0-Spezifikation verabschiedet. Während PCI-X 2.0 eine abwärtskompatible Erweiterung des PCI-Busse beschreibt, die mit Double- und Quad-Data-Rate-Übertragungsverfahren höhere Datentransferraten von bis zu 4,2 GByte/s ermöglicht, funktioniert PCI Express mit völlig neuer Hardware.

PCI-X 2.0 setzt auf PCI-X 1.0-Standard auf, der wiederum eng mit dem auf Desktop-Mainboards üblichen 32-Bit-33-MHz-PCI-Bus verwandt ist. PCI-X 1.0 kommt mittlerweile (Stand Mitte 2002) auf vielen Dual-Xeon-Mainboards zum Einsatz und ermöglicht in der 64-Bit-Variante mit 133 MHz Taktfrequenz Datentransferraten von bis zu 1,06 GByte/s. Durch Übertragung von je zwei beziehungsweise vier 64-Bit-Datenwörtern pro Taktschritt erweitert PCI-X 2.0 die maximale Transferkapazität auf 2,1 und 4,2 GByte/s. Solche Transferraten sind für die Anbindung beispielsweise von 10-GBit-Ethernet-Adaptern in Servern nötig.

Bei der Maximalfrequenz von 133 MHz verträgt PCI-X allerdings nur noch eine Steckkarte pro Bus; moderne Chipsätze und die damit ausgestatten Mainboards bieten deshalb mehrere parallele PCI-Busse an. Das bringt den Vorteil mit sich, dass der einen Erweiterungskarte die volle Transferrate uneingeschränkt zur Verfügung steht. PCI-X 2.0 bringt überdies eine ECC-Fehlerkorrektur für die übertragenen Daten mit.

PCI-X-Steckplätze sind abwärtskompatibel zu herkömmlichen PCI-2.2-Steckkarten, wenn diese mit der niedrigeren Signalspannung von 3,3 Volt zurechtkommen, die für Taktfrequenzen ab 66 MHz nötig ist (33 MHz: 5 Volt). Auch die PCI-X-Steckkarten selbst lassen sich abwärtskompatibel auslegen, sodass sie auch in einem PCI-2.2-Bus laufen, dann natürlich mit geringerer Übertragungsrate.
Hinter PCI Express verbirgt sich ein schnelles serielles Übertragungsverfahren, dass Intel unter dem Namen 3GIO in der ersten Hälfte 2001 vorgestellt hat; später erhielt die neue Technik den Namen Arapahoe. Die jetzt verabschiedete PCI-Express-Spezifikation beschreibt das Software-Protokoll sowie elektrische und mechanische Eigenschaften der Steckverbinder und Erweiterungskarten.

Einige Eigenschaften von PCI Express erinnern an Funktionen der seriellen Verbindungssysteme USB und FireWire (IEEE1394): Geräte lassen sich im laufenden Betrieb ein- und ausstecken und umkonfigurieren. Allerdings ist PCI Express wesentlich schneller: zunächst ist pro Leitung und Richtung eine Transferrate von 2,5 GBit/s vorgesehen. Mehrere Leitungen lassen sich bündeln, die PCI SIG nennt das Beispiel einer Sechzehn-Wege-Verbindung für insgesamt 8 GByte/s.

PCI Express ist sowohl für Kupferleitungen als auch für optische Verbinder vorgesehen. Die Flexibilität von PCI Express verspricht, dass das Verfahren im Laufe der Jahre die heutige Schnittstellenvielfalt reduzieren kann. Es ist explizit vorgesehen, PCI-Express-Hardware sehr preiswert herstellen zu können, sodass sich die neue Technik etwa auch für Spielkonsolen eignet. Andererseits will man die Übertragungsrate pro Leitung Schritt für Schritt bis an die technischen Grenzen steigern, Intel geht dabei von maximal 10 GBit/s für Kupferadern aus. So könnte PCI Express nach seiner für das Jahr 2004 erwarteten Einführung für einige Zeit im Rennen bleiben.