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PCI-ExpressVor 13 Jahren, 1993, wurde der PCI-Bus mit seiner Datentransferrate von maximal 127,2 MByte/s das erste Mal vorgestellt. Schon bald wurde klar, dass diese Geschwindigkeit, vor allem im Serverbereich nicht mehr ausreichen wird. So setzte sich das PCI-SIG-Konsortium, dass aus renommierten Firmen, wie Intel, AMD, Microsoft, Dell und HP besteht, zusammen und erarbeitet eine Lösung im Forme von PCI-X bzw. PCI Express. Schon bald war der neu erarbeitete Standard nicht nur im Server-Bereich mehr interessant. Immer mehr kam der Wunsch auf die veralterte AGP-Schnittstelle in Rente zu schicken und komplett mit PCI-Express Grafikkarten zu ersetzen. Bridge BausteineDas Ziel von PCI-Express ist klar. I/O Standards wie PCI, PCI-X oder auch AGP sollen alle durch PCI-Express abgelöst werden. Auch wenn sich der Siegeszug von PCI-Express zur heutigen Zeit kaum noch stoppen lässt, mussten die Weichen hierfür früh gestellt werden. So musste PCI-Express von Anfang an mit den vorhandenen Schnittstellen, wie USB, SCSI oder Ethernet problemlos zusammen arbeiten können. Ein technisches Kunststück, dass beim Einführen einer neuen Schnittstelle nicht selbstverständlich war. PCI-Express schafft dies durch so genante Bridge-Baustein. Durch diese Bridge-Bausteine lassen sich alle Schnittstellen in die Architektur von PCI-Express einbinden. Zu beachten war dabei, dass es keine Performance-Einbußen gab. Die Bridge-Bausteine sollten vor allem Kosten sparen.Switch
PCI-Express brachte nicht nur die Bridge-Bausteine mit, sondern auch die Switch Architektur. Dieser Baustein verwaltet, wie sein Netzwerk-Verwandter, mehrere Endgeräte.
Die Vorteile so eines PCI-Express Switch liegen auf der Hand. Zum einem kann Datenverkehr auf mehrere Geräte aufgeteilt werden. So ist jedes Gerät mit einer niedrigen Latenzzeit erreichbar. Zum anderen steigt durch einen PCI-Express Switch, die Ausfallsicherheit. Da die Geräte nunmehr Parallel und nicht mehr in Reihe geschalten sind, ist es unerheblich, wenn ein Gerät ausfällt. Früher wurde durch einen Ausfall eines Gerätes die ganze Gerät-Kette lahm gelegt, durch den PC-Express-Switch, soll dies nun verhindert werden. Layer
Wie z.B. das OSI-Modell baut auch PCI-Express auf so genanten Layer (Schichten) auf. Anhand dieser Layer, kann einfacher Verstanden werden, wie PCI-Express im Detail arbeitet. Dabei setzt sich PCI-Express aus insgesamt drei Layern zusammen. Nämlich aus den Layern: Physical Layer, Date Link Layer und aus dem Transaction Layer. Physical LayerDer Physical Layer befindet sich in der PCI-Express Architektur ganz unten. Er stellt die Unterste Schicht dar und regelt den Datenfluss über die seriellen Leitungen. Auf dieser Schicht spielt sich das physikalische der PCI-Express Schnittstelle ab.Unterstützt werden vom Physical Layer x1, x2, x4, x8, x16 und x32 breite Lanes. Um PCI-Express Spezifikations-Upgrades wie z.B. das erhöhen der Übertragungsgeschwindigkeit ausführen zu können, muss lediglich die Parameter im Physical Layer verändert werden. Die Gesamtstruktur von PCI-Express bleibt dabei unangetastet. Data Link LayerDer Data Link Layer befindet sich in der Mitte des PCI-Express Modells und stellt somit die zweite Schicht dar.Hauptaufgabe des Data Link Layer ist es ankommende Pakete vom Transaction Layer für den Physical Layer bereit zu machen und umgekehrt. Somit stellt der Data Link Layer eine Art Vermittelungsstelle zwischen Physical und Transaction Layer dar. Den Data Link Layer kann man mit der Post vergleichen, die Briefe zwischen Absender und Empfänger vermittelt. Dabei stellt der Data Link Layer zusätzlich noch einige Funktionen zu Verfügung. So übernimmt er die Fehlerüberprüfung, mit allen Aufgaben die anstehen, wenn die Übertragung schief geht, wie z.B. die Wiederholung des Datentransfers. Hinzu kommen Link-Managment Funktionen, wie Empfangsbestätigungen, Übermitteln von zusätzlichen Informationen und vieles mehr. Transaction LayerDer Transaction Layer ist der oberste der drei Schichten. Die Aufgaben des Transaction Layer sind Initialisierung, Paket-Verarbeitung und Flusskontrolle.So erzeugt der Transaction Layer Pakete aus Geräteforderungen und Statusinformationen. Durch die Flusskontrolle können Pakete nach Traffic-Class-Gruppen eingeteilt werden. So kann mit dem Switch eine effektive Nutzung der Busbandbreite sichergestellt werden. Für den Datenaustausch mittels des Transaction Layers stehen vier Adressierungsarten bereit: Memory, I/O, Configuration und Message mit den Transfermodi Reads und Writes. KompatibilitätEin dicker Plus-Punkt ist die Kompatibilität des PCI-Express Standards. So muss werde das Betriebssystem noch die Anwendungssoftware an PCI-Express angepasst werden. Das Konzept von PCI-Express orientiert sich dabei an PCI. Die komplette PCI-Konfigurationsroutine wurde dabei übernommen. So ist eine Integration von PCI-Express kein Problem.DatenübertragungDie Datenübertragung geschieht im Gegensatz zu PCI nicht parallel, sondern seriell. Dies geschieht über sogenannte Lanes (Spuren, Wege). Solch eine Lane besitzt ein Leitungspaar für das Senden und ein zweites Paar für das Empfangen.PCI-Express ist vollduplexfähig und arbeitet mit einer Taktrate von 1,25 GHz DDR. Wichtig für die Datenübertragung ist, wie viel Lanes man verwendet. Umso höher die Lane Anzahl, umso höher der Durchsatz. Verwendet man eine Lane spricht man von PCI-Express x1. Dies lässt sich steigern auf x32. Während man PCIe x1 als Ersatz für den PCI-Bus verwendet, kommt PCIe x16 zur Anbindung einer Grafikkarte zur Geltung. Hot-PluginPCI-Express ist Hot-Plug-fähig. Dies ist vor allem im Server Bereich nötig. Dadurch können Steckkarten während dem Betrieb ausgewechselt werden. |
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