Steckkarte

Netzwerkkarte

Eine Steckkarte (auch als Erweiterungskarte oder Elektronikkarte bezeichnet) ist eine mit elektronischen Bauelementen bestückte Leiterplatte, die leicht ausgetauscht werden kann. Dies wird durch Steckverbinder und gegebenenfalls weitere mechanische Elemente zur Handhabung und Befestigung im Steckplatz ermöglicht.

Meist ist bei solchen modularen Systemen auch eine Hauptplatine vorhanden. Wenn sie lediglich der elektrischen Verbindung dient, wird diese als Backplane bezeichnet. Oft waren auch nur Steckverbinder montiert, die miteinander mittels Wickeltechnik verdrahtet waren.

Formfaktoren

Damit Steckkarten problemlos in ein vorhandenes Stecksystem passen und dort arbeiten, müssen sie zum einen die mechanischen Spezifikationen erfüllen (sogenannter Formfaktor, d. h. äußere Abmessungen und Steckeranordnung), zum anderen müssen auch die elektrischen Parameter, also die Steckerbelegung und die Signalspezifikation eingehalten werden.

Neben den Steckkarten für PCs gab und gibt es eine ganze Reihe weiterer standardisierter Steckkartenformate. Beispiele sind die Europakarte und das 19-Zoll-Aufbausystem nach DIN 41494 oder das PXI-System.

Anwendung im Computerbereich

Passive gekühlte PCIe-Grafikkarte von Gigabyte Technology

Kombination aus TV- und Framegrabber-Karte für digitales Satellitenfernsehen und Composite Video/S-Video

Bereits 1975 wurde der S-100-Bus für CP/M-Mikrocomputer eingeführt, der sich bei 8-Bit-PCs zum De-facto-Standard durchsetzen konnte. Apple stellte indes 1977 den Apple II mit acht proprietären 50-Pin-Steckplätzen als offenes System vor. IBM folgte 1981 mit dem IBM PC, der den vom Apple II inspirierten XT-Bus einführte. In den 1980er Jahren etablierten sich IBM-kompatible PCs als der am weitesten verbreitete Computertyp.

U. a Desktop-Computer, Workstations und Server besitzen meist Erweiterungssteckplätze, in die elektronische Leiterkarten mit einem bestimmten Format eingesetzt werden können. Sie können ersetzt, entfernt und hinzugefügt werden, müssen aber mit dem jeweiligen Erweiterungsbus des Gerätes kompatibel sein. Dadurch kann der Computer mehr Funktionen unterstützen, als er ursprünglich bietet. Einige Beispiele für standardisierte Schnittstellen sind:

• ISA (ab 1981/1984): Industry Standard Architecture (der 16-Bit-AT-Bus ist der Nachfolger des 8-Bit-XT-Bus von IBM; 8-Bit-Karten sind kompatibel)
• MCA (ab 1987): Micro Channel Architecture (32-Bit-Bus von IBM, entwickelt für PS/2; proprietär, nicht ISA-kompatibel)
• EISA (ab 1988): Extended ISA (Gegenentwurf von Compaq zu MCA, bleibt ISA-kompatibel)
• VLB (1992–1995): VESA Local Bus (beschränkt auf 80486, bleibt ISA-kompatibel)
• PCI (ab 1992): Peripheral Component Interconnect (offener Standard als ISA-Ersatz; vorgeschlagen von Intel)
• AGP (ab 1996): Accelerated Graphics Port (Steckplatz exklusiv für Grafikkarten; entwickelt von Intel)
• PCIe (ab 2003): PCI-Express (Nachfolger von PCI/PCI-X und AGP, nicht abwärtskompatibel)

Einige Standards sind Teil einer geschlossenen Plattform. So war etwa MCA von IBM als proprietäre Schnittstelle eingeführt worden; als Resultat wurde MCA vom Markt der IBM-PC-kompatiblen Computer nicht angenommen – diese entwickelten stattdessen den offenen EISA-Standard. Andere Steckkarten-Standards und Bus-Systeme konnten sich nicht breit durchsetzen und wurden nur von bestimmten Plattformen genutzt, wie NuBus bei Apple in Macintosh-Computern und teilweise von NeXT. Diverse Erweiterungs-Steckkarten gibt es daher auch für viele herstellerspezifische Anschlusssysteme, abseits der weit verbreiteten Standards, wie beispielsweise Zorro (Commodore Amiga), SBus (Sun Microsystems), Podule Bus (Acorn), Turbo Channel (DEC), GIO32, GIO64 bzw. XIO (SGI).

Auch diverse offene Standards für IBM-PC-kompatible Systeme konnten sich nicht breit durchsetzten, wie etwa spezielle Riser-Karten, die zusätzlich zu PCI von Intel eingeführt wurden: AMR (ab 1998: Audio Modem Riser), speziell für Audiokarten und Modems), MDC/CDC (ab 1999: Mobile Daughter Card bzw. Communications Daughter Card), CNR (ab 2000: Communication and Networking Riser, u. a. für Netzwerkkarten). Diese wurden zwar ab 2000 u. a. als Advanced Communications Riser (abwärtskompatibel zu AMR) auf Basis des PCI-Bus von zahlreichen Firmen weiterentwickelt, generelle Verbreitung fanden die Schnittstellen jedoch nicht. PCI, AGP und später PCI-Express (PCIe) hingegen konnten sich auf sehr vielen Systemen nicht nur im Personal-Computing-Bereich behaupten, beispielsweise wurde PCI und AGP ab den späten 1990er Jahren auch auf Macintosh-Computern von Apple übernommen (Power Macintosh mit PCI-Steckplätzen), genau wie später PCI-X und PCIe.

Full-length-PCI-Karte: PCI-X-SCSI-RAID-Controller von Adaptec

Low-Profile-AGP-Grafikkarte

Steckkarten sind als Gegenstück zum Steckplatz mit dem jeweiligen intern genutzten Bussystem verbunden und können verschiedene Funktionen übernehmen, wie z. B. eine Grafikkarte, die Daten so umwandelt, dass der Monitor sie als Bild ausgeben kann. Wie die Schnittstellen sind auch Steckkarten standardisiert, beispielsweise deren physische Abmessungen. Das ist notwendig, damit Steckkarten nicht nur elektrisch auf den Steckplatz, sondern auch physisch in das Computergehäuse passen. So gibt es z. B. von PCI-Karten drei verschiedene Arten:

• Voll-Länge, Full-length-PCI-Karten sind 107 mm (Höhe) × 312 mm (Länge)
• Halbe Länge, Half-Length-PCI-Karten sind 106,68 mm (Höhe) × 175,26 mm (lang)
• „Low Profile“, auch „Slim“-PCI-Karten genannt; diese reichen von 64,41 mm × 119,91 mm zu 64,41 mm × 167,64 mm

Bei vielen Computer-Hauptplatinen sind bestimmte Funktionen bereits integriert, sodass eine Erweiterungskarte für die jeweilige Funktion entfällt. Weitverbreitete sogenannte On-Board-Lösungen sind u. a. Controller für Sound, Grafik, Netzwerk und Massenspeicher (z. B. NVMe, USB, oft auch „Legacy“-Schnittstellen wie SATA und IDE/ATA). Bis ca. 2010 war auch der PS/2-Anschluss für Tastatur und Maus weit verbreitet, sowie serielle und parallele Schnittstellen und ein Floppy-Disk-Controller. Über Erweiterungskarten können fehlende Schnittstellen weiterhin nachgerüstet werden.

Neben Computer-internen Stecksystemen gibt es auch externe Standards, die in gleicher Weise eine Verbindung mit dem intern genutzten bzw. einem vorhandenen Datenbus ermöglichen, zum Beispiel:

• Userport bei Commodore-Heimcomputern
• PCMCIA-Karte bzw. PC Card, vor allem für Notebooks
• ExpressCard (Nachfolger der PC Card)
• Universal Serial Bus
• FireWire
• eSATA (externes Serial-ATA)
• Thunderbolt

Obwohl externe Steckkarten wie die PC Card der Personal Computer Memory Card International Association vor allem bei Notebooks eingesetzt wurden, gibt es z. B. auch Steckkarten, um diese in Desktop-PCs nutzen zu können. Ebenso gibt es die primär für externe Peripherie gedachten USB- und FireWire-Schnittstellen auch oft intern ausgeführt auf der Hauptplatine.

Beispiele

• Grafikkarte
• Soundkarte
• TV-Karte
• Modemkarte
• Netzwerkkarte
• RAID-Controller

Adapter

• Eine Riser-Karte dient beispielsweise als Winkelstück um Formfaktoren anzupassen.

Prozessorsteckkarten (CPU-Karten)

Es existieren Computersysteme, die komplett aus Steckkarten zusammengestellt sind. Hier befindet sich also auch die CPU auf einer Steckkarte (Slot-CPU). Eine Backplane übernimmt dann rein passive Verbindungsfunktionen. Ein Beispiel dafür ist der VMEbus, der insbesondere in modularen Mess- und Prüfsystemen eingesetzt wird. Auch eines der allerersten Mikrocomputersysteme verwendete mit dem S-100-Bus so eine Variante.

Der Computerhersteller Sun Microsystems hat modulare SPARC-Steckkarten über den MBus angebunden. Ebenso benutzen Acorn Risc PC, SGI Indy und Commodore Amiga 4000 CPU-Steckkarten. Bei x86-Prozessoren wurden CPU-Steckkarten Ende der 1990er Jahre von Intel für die Prozessoren Pentium II und Pentium III als Slot 1 sowie für den Pentium-II-Xeon als Slot 2 eingeführt. Das Pendant bei AMD heißt Slot A bei K7-Athlons. Danach wurde allerdings wieder auf Prozessorsockel gewechselt, wie sie auch davor verwendet worden waren.

Sonstige Anwendungen

Auch in anderen elektronischen Geräten können Steckkarten verwendet werden. Diese sind dann aber in der Regel herstellerspezifisch und folgen keinem allgemeinen Standard. Sie können dabei der Vereinfachung von Wartung und Reparatur komplexer elektronischer Systeme dienen – z. B. bei Fernsehgeräten. Eine andere Anwendung ist die Erweiterbarkeit von solchen Systemen, z. B. bei Telekommunikationsanlagen.

Weblinks

Commons: Steckkarten nach Typen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien