Der PCI-Bus-Standard wurde ursprünglich 1992 von Intel eingeführt. Es handelt sich um einen 32-Bit-Parallelbus mit einer maximalen Übertragungsgeschwindigkeit von 133 MB/s.

Vor der Einführung von PCI wurden Computergeräte in der Regel über den ISA-Bus (Industry Standard Architecture) angeschlossen. Die geringe Übertragungsgeschwindigkeit des ISA-Busses schränkte jedoch die Leistung und Skalierbarkeit von Computersystemen ein. Daher gilt die Einführung des PCI-Busses als wichtiger Meilenstein in der Entwicklung der Computertechnologie.

Mit der stetigen Weiterentwicklung der Computertechnologie wurden auch die PCI-Bus-Standards kontinuierlich verbessert. Im Jahr 1993 wurde PCI 2.0 eingeführt, das eine Übertragungsgeschwindigkeit von 66 MHz ermöglichte und die maximale Übertragungsgeschwindigkeit auf 266 MB/s erhöhte. Im Jahr 1995 wurde PCI 2.1 eingeführt, das Unterstützung für Energieverwaltung und Hot-Swap-Funktionalität hinzufügte. Im Jahr 1998 wurde PCI 2.2 eingeführt, das Unterstützung für die 64-Bit-Datenübertragung hinzufügte.

Der PCI-Busstandard wurde kontinuierlich weiterentwickelt und hat sich zu einem der am häufigsten verwendeten Busstandards in Computersystemen entwickelt. Da jedoch die Anforderungen an Leistung und Skalierbarkeit von Computersystemen stetig steigen, kann der PCI-Busstandard den Anforderungen moderner Computersysteme nicht mehr gerecht werden. Daher hat der PCI-Express-Busstandard (PCIe) den PCI-Busstandard nach und nach abgelöst und ist zu einem der am häufigsten verwendeten Busstandards in modernen Computersystemen geworden.

Bandbreite und Datenrate

PCIe x1, x2, x4 und x8 bezeichnen verschiedene Konfigurationen des PCI-Express-Busstandards (Peripheral Component Interconnect Express) und geben die Anzahl der Buskanäle an.

PCIe X1: Bezeichnet eine PCIe-Lane. Die Geschwindigkeit jeder Lane ist durch die PCIe-Spezifikation festgelegt; beispielsweise beträgt die Geschwindigkeit von PCIe 3.0 8 Gbit/s. Daher beträgt die Geschwindigkeit von PCIe X1 in der Regel 8 Gbit/s.

PCIe X4: Bezeichnet vier PCIe-Lanes. Die Geschwindigkeit jeder Lane ist durch die PCIe-Spezifikation festgelegt; beispielsweise beträgt die Geschwindigkeit von PCIe 3.0 8 Gbit/s. Daher beträgt die Geschwindigkeit von PCIe X4 in der Regel 32 Gbit/s (4 Lanes × 8 Gbit/s).

PCIe X8: Bezeichnet acht PCIe-Lanes. Die Geschwindigkeit jeder Lane ist durch die PCIe-Spezifikation festgelegt; beispielsweise hat PCIe 3.0 eine Geschwindigkeit von 8 Gbit/s. Daher beträgt die Geschwindigkeit von PCIe X8 in der Regel 64 Gbit/s (8 Lanes × 8 Gbit/s).

Wenn wir über die Übertragungsrate des PCIe-Busstandards sprechen, verwenden wir GT/s (Giga Transfers pro Sekunde) anstelle von Gbps (Giga Bits pro Sekunde). Der Grund dafür ist, dass die Übertragungsrate auf den Eigenschaften des Kommunikationsprotokolls der physikalischen Schicht basiert und nicht mit Faktoren wie der Leitungsbreite zusammenhängt.

Der Durchsatz (verfügbare Bandbreite) des PCIe-Busses lässt sich anhand der folgenden Formel berechnen:

Durchsatz = Übertragungsrate * Codierungsverfahren

Das PCIe-2.0-Protokoll unterstützt beispielsweise 5,0 GT/s, was bedeutet, dass jede Lane 5 Gbit pro Sekunde übertragen kann. Allerdings unterstützt nicht jede Lane 5 Gbit/s, da PCIe 2.0 ein 8b/10b-Codierungsschema verwendet. Das bedeutet, dass für jeweils 8 übertragene Bits 10 Bits gesendet werden müssen.

Daher beträgt die von jedem Kanal des PCIe-2.0-Protokolls unterstützte Übertragungsrate 5 GT/s * 8 / 10 = 4 Gbit/s = 500 MB/s.

Beispielsweise beträgt die verfügbare Bandbreite bei einem PCIe-2.0-x8-Kanal 4 Gbit/s * 8 = 32 Gbit/s = 4 GB/s.

Ebenso unterstützt das PCIe-3.0-Protokoll 8,0 GT/s, was bedeutet, dass pro Sekunde 8 Gbit auf jeder Lane übertragen werden können. Allerdings verwendet PCIe 3.0 ein 128b/130b-Codierungsschema, was bedeutet, dass für jeweils 128 übertragene Bits 130 Bits gesendet werden müssen.

Daher beträgt die von jedem Kanal des PCIe-3.0-Protokolls unterstützte Übertragungsrate 8 GT/s * 128 / 130 = 7,877 Gbit/s = 984,6 MB/s.

Bei einem PCIe 3.0 x16-Kanal beträgt die verfügbare Bandbreite beispielsweise 7,877 Gbit/s * 16 = 126,031 Gbit/s = 15,754 GB/s.

•ISA -> PCI -> PCIe -> PCIe 1.0 -> PCIe 2.0 -> PCIe 3.0 -> PCIe 4.0 -> PCIe 5.0.

•PCI und PCIe parallel; PCIe in Reihe.

•Zu den PCI-Express-Schnittstellen gehören X1, X4, X8 und X16 (der X2-Modus wird eher für interne Schnittstellen als im Steckplatzmodus verwendet). Kürzere PCI-Express-Karten können in längere PCI-Express-Steckplätze eingesetzt werden.