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PC-Bussysteme

Jedes Datenübertragungsnetzwerk ist nur so stark wie sein schwächstes Glied. Das Leistungsvermögen eines PCs ist zwar in den letzten Jahren in Bezug auf Prozessorgeschwindigkeit, Speicherzugriffsraten, Busgeschwindigkeiten und -architekturen deutlich verbessert worden, doch muss der PC sowie das Betriebssystem bei hoher Belastung immer noch detailliert in Betracht gezogen werden.

Durch unsere langjährige Erfahrung wissen wir genau, welche verschiedenen Faktoren das Leistungsvermögen eines PCs bei einer anspruchsvollen Bildverarbeitungsanwendung beeinflussen. Dadurch sind wir in der Lage, vorkonfigurierte, vormontierte und getestete PCs einschließ- lich der Bildverarbeitungsschnittstelle zu liefern und sicherzustellen, dass unsere Kunden immer ein System bekommen, das genau auf ihre Leistungsanforderungen zugeschnitten ist.

Alle Systeme von STEMMER IMAGING werden so ausgelegt und getestet, dass mit allen unseren Bilderfassungskarten höchste Datenraten möglich sind. Demgegenüber steht die Tatsache, dass viele StandardPCs nicht für Bildverarbeitungsanwendungen entwickelt wurden und nicht mit den Datenraten getestet wurden, die speziell für Bildverarbeitungsanwendungen notwendig sind.

Unser Validierungsservice reduziert für unsere Kunden den Zeitaufwand für die Systemintegration und bietet erhöhte Sicherheit, da wir den Lebenszyklus der einzelnen Komponenten ständig überwachen und kompatible Lösungen anbieten, wenn ein PC nicht mehr verfügbar ist.

PC-Busarchitektur

Seit der Entwicklung der ersten PC/AT-Schnittstelle hat sich der Systemaufbau weiterentwickelt. Aktuell sind bei PCs zwei vorherrschende interne Schnittstellenstandards zu finden: der PCI-Bus und der PCI-Express-Bus. Da der ISA-Bus heute kaum noch verwendet wird, wird er hier nicht weiter behandelt. Der nachfolgende Abschnitt soll Ihnen helfen, den richtigen Bus für eine optimale Leistung auszuwählen. Derzeit sind PCs sowohl mit PCI- als auch PCI-Express-Schnittstelle ausgestattet. Es ist deutlich zu erkennen, dass sich PCI Express durchsetzt, während die Bedeutung des PCI-Busses abnimmt.

PCI-Bus

Es wird allgemein angenommen, dass der PCI-Bus universell kompatibel ist. Dabei wird jedoch übersehen, dass ältere PCI-Karten mit 5-V-Signalen gearbeitet haben, während die neueren Hauptplatinen nur noch 3,3-V-Signale unterstützen. Wie in der nachfolgenden Grafik zu sehen ist, benutzen alle Geräte am PCI-Bus den gleichen Datenkanal, wodurch die vorhandene Bandbreite zwischen ihnen aufgeteilt wird.

PCIe

PCI Express

PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express) ist ein Erweiterungsstandard zur Verbindung von Peripheriegeräten mit dem Chipsatz eines Hauptprozessors. PCI Express ist der Nachfolger von PCI und bietet im Vergleich zu seinem Vorgänger eine höhere Datenübertragungsrate pro Pin.

Mit PCI Express (oder abgekürzt PCIe) werden Daten in sogenannte »Lanes« aufgeteilt. x1 bedeutet eine Lane, bei x4 sind 4 Lanes vorhanden. Derzeit gibt es bei Standardcomputern x1, x4, x8 und x16, mit optionaler Erweiterung auf x32, x48 und x64 ausschließlich für Server. Da die Daten seriell erfasst werden, sind für jede Lane lediglich 4 Pins erforderlich. Dadurch verdoppelt sich die Datenrate, obwohl die Steckerflä- che nur geringfügig größer ausfällt. Außerdem kann bei diesem Bus der maximale Datentransfer gleichzeitig in beide Richtungen stattfinden.

In einem System mit mehreren PCIe-Steckplätzen arbeitet der Bus Punkt-zu-Punkt und bedient die volle Bandbreite an jedem Gerät. Das ist bei Standard-PCI, bei dem die Datenrate über alle Steckplätze verteilt ist, nicht der Fall. Am PCI-Express-Bus nutzt jedes Gerät eine eigene Lane, welche die Daten von und zu einem Switch überträgt, der sich ähnlich wie ein Netzwerk-Switch verhält. Beim Starten des PCs erkennt das PCIExpress-Bussystem alle angeschlossenen Geräte und erstellt ein Abbild, über das eine Zuordnung der verschiedenen Datenströme stattfindet.

PCIe

Eine Karte, die über weniger Lanes verfügt als der Steckplatz, in den sie eingesteckt ist, arbeitet dank maximaler Kompatibilität trotzdem mit der maximalen Datenrate der Karte. Es ist nicht möglich, eine Karte mit mehr Lanes in einen Steckplatz einzustecken, der für weniger Lanes ausgelegt ist.

Zu den fortgeschrittenen Funktionen des PCIe-Busses zählen ein modernes Energiemanagement sowie Merkmale wie Echtzeitdatenverkehr, Hot-Plug/Hot-Swap, Datensicherheit und Fehlerbehandlung. Da Neuentwicklungen im Bereich der Signalübertragung erhöhte Taktraten ermöglichen, erhöht sich bei neuen PCIe-Versionen auch der Durchsatz pro Lane.

Die folgende Tabelle zeigt die theoretischen Datenraten für PCI Express:

PCIe 1.0 PCIe 2.0 PCIe 3.0 PCIe 4.0
x1 250 MB/s 500 MB/s 1,000 MB/s 2,000 MB/s
x2 500 MB/s 1,000 MB/s 2,000 MB/s 4,000 MB/s
x4 1,000 MB/s 2,000 MB/s 4,000 MB/s 8,000 MB/s
x8 2,000 MB/s 4,000 MB/s 8,000 MB/s 16,000 MB/s
x16 4,000 MB/s 8,000 MB/s 16,000 MB/s 32,000 MB/s
x32 8,000 MB/s 16,000 MB/s 32,000 MB/s 64,000 MB/s

Thunderbolt

Thunderbolt, das unter dem Namen Light Peak entwickelt wurde, ist eine Hardware-Schnittstelle, die den Anschluss von externen Peripheriegeräten an einen Computer ermöglicht.

Thunderbolt kombiniert PCI Express (PCIe) und DisplayPort in ein serielles Signal mit einem Gleichstromanschluss über ein einziges Kabel und nutzt den gleichen Stecker wie Mini Display Port (MDP). Bis zu sechs Peripheriegeräte werden über einen Anschluss unterstützt.

Über die Zeit ist zu erwarten, dass sich Thunderbolt zu einem StandardInterface für Computerkomponenten entwickelt.

Over time this is expected to become a standard interface for computer components.