Mini-PCI Express to seriell Adapter (nicht über USB)

Nun, Du musst "nur" nach einer Karte suchen, auf der ein 
OXPCIe952/954/958  von Oxford Semiconductor verbaut ist, das ist einer 
der ersten "echten" PCIe UART-Bausteine.

So etwas habe ich nicht finden können.

Auf welchem Betriebssystem läuft denn Deine Anwendung? Wenn es ein 
Windows ist, wirst Du Deine Anforderung nicht realisieren können, da die 
Timergranularität des Schedulers nicht feiner als 1msec auflösen kann, 
was bedeutet, daß schnellere Wechsel Usermode-Applikation/Devicetreiber 
als im einstelligen Millisekundenbereich nicht drin sind.

Mehr Erfolg wirst Du haben, indem Du die schnelle Reaktion in einen wie 
auch immer an den PC angeschlossenen µC auslagerst.

Bist du sicher, dass in Threads in Windows ausschliesslich via Timer 
Interrupt dispatcht werden und nicht auch andere Interrupts verwendet 
werden? Ich bin da nicht ganz im Satz, aber eigentlich sollte beides 
existieren, sonst würde sich die mittlere Zugriffszeit auf alle Devices 
um 0,5ms vergrössern, bei SSDs nicht ganz unwichtig.

Das ist eine gute Frage, vor allem, wo standardmäßig der Scheduler sogar 
nur mit 10msec Auflösung betrieben wird. Es dürfte jedenfalls unmöglich 
sein, häufiger als im Millisekundenraster mit irgendwelchen 
Devicetreibern zu kommunizieren. Ein "ping-pong" mit der Seriellen 
Schnittstelle im einstelligen Millisekundentakt überfordert jedenfalls 
Windows, auch wenn etwaige Hardwarefifos der Schnittstelle deaktiviert 
werden.

Massenspeicher werden blockorientiert angesprochen, und da geschieht 
viel bereits auf Kernelebene, daher ist deren Verhalten nicht 
vergleichbar.