PCI Express
PCI Express (também conhecido como PCIe ou PCI - EX) é o padrão de slots para placas de expansão utilizadas em PCs. criada pela Intel. Introduzido pela Intel em 2004, o PCI Express foi concebido para substituir os padrões AGP e PCI. Sua velocidade vai de 1x até 32x (sendo que atualmente só existe disponível até 16x). Mesmo a versão 1x consegue ser seis vezes mais rápido que o PCI tradicional. No caso das placas de vídeo, um slot PCI Express 16x é duas vezes mais rápido que um AGP 8x. Isto é possível graças a sua tecnologia, que conta com um recurso que permite o uso de uma ou mais conexões seriais para transferência de dados.
A tecnologia utilizada no PCI Express conta com um recurso que permite o uso de uma ou mais conexões seriais ("caminhos", também chamados de lanes) para transferência de dados. Se um determinado dispositivo usa apenas um caminho (conexão) a demais que o PCI comum, então diz-se que este utiliza o barramento PCI Express 1x, se utiliza 4 conexões, sua denominação é PCI Express 4x e assim por consequentemente. Cada lane pode ser bidirecional, ou seja, recebe e envia dados (250 MB/s em cada direção simultaneamente). O PCI Express utiliza, nas suas conexões, linhas LVDS (Low Voltage Differential Signalling).
Pelo fato de ser um barramento serial, sua arquitetura de baixa voltagem, permite grande imunidade ao ruído e também permite aumentar a largura de banda. Isso foi possível graças à redução de atrasos nas linhas de transmissão (timing skew).
Cada conexão usada no PCI Express trabalha com 8 bits por vez, sendo 4 em cada direção. A frequência usada é de 2,5 GHz, mas esse valor pode variar. Assim sendo, o PCI Express 1x consegue trabalhar com taxas de 250 MB por segundo, um valor bem maior que os 133 MB/s do padrão PCI de 32 bits. Existem algumas placas-mãe que possuem um slot PCIe x16 (por exemplo) que na verdade trabalha em x8 ou x4, fato que ocorre por depender da quantidade de linhas disponíveis para uso no chipset e também por ser possível o uso de slots maiores com menos caminhos de dados.
Resumo
O PCI Express é um barramento ponto a ponto, onde cada periférico possui um canal exclusivo de comunicação com o chipset. Isto contrasta fortemente com o padrão PCI, que é um barramento em que todos os dispositivos compartilham a mesma comunicação, de 32 bits (ou 64 bits), num caminho paralelo.
Há contradições quanto a forma de se referir ao PCI Express como sendo um barramento, já que, no sentido estrito da palavra, o termo "barramento" surgiu para descrever um canal de comunicação compartilhado por vários dispositivos ou periféricos, no entanto, em toda a sua documentação é usado o termo "PCI Express bus" para mencioná-lo.
Foto de uma placa de vídeo PCI Express x16.
* Cada “caminho” do PCIe 1.1 envia informações a uma taxa de 250 MB/s (250 milhões de bytes por segundo) em cada sentido.
* O PCIe 2.0, introduzido em finais de 2007, dobra essa taxa de transferência de dados. O barramento PCI Express é encontrado nos mais novos sistemas como os baseados na Intel X38 ou na AMD 780G chipsets.
* As últimas propostas para o lançamento do padrão PCIe 3.0, que está previsto para 2009-2010, é que a velocidade das ligações aumente ainda mais.
Cada slot PCIe roda a um, dois, quatro, oito, dezesseis ou trinta e duas caminhos de dados entre a placa mãe e a placa ligada ao slot. A contagem dos caminhos é escrita com um sufixo "x", por exemplo, 1x para um único caminho e 16x para uma placa de dezesseis caminhos.
Trinta e dois caminhos de 250 MB/s (PCIe 1.1) apresenta uma taxa máxima de transferência de 8 GB/s (250 MB/s multiplicado por 32x, ou seja, 8 bilhões de bytes por segundo) em cada sentido. No entanto, o maior tamanho de uso comum é de 16x, resultando numa taxa de transferência de 4 GB/s (250 MB/s multiplicado por 16x) em cada sentido. Por isso em perspectiva, um único caminho do PCIe 1.1 tem quase o dobro da taxa de dados do barramento PCI tradicional. Um slot de 4x tem uma taxa de transferência comparável ao da versão mais rápida do antigo barramento paralelo PCI-X 1.0, e um slot de 8x tem uma taxa de transferência comparável ao da versão mais rápida do AGP.
Slots PCIe suportam uma variedade de tamanhos diferentes referenciados à seu número máximo de caminhos, ou seja, 1x, 2x, 4x, 8x, 16x e 32x. Uma placa PCIe caberá em um slot de seu tamanho ou de tamanhos maiores, mas não caberá em um slot PCIe menor.
O número de caminhos realmente conectados a um slot, pode ser menor que o número suportado pelo tamanho físico do slot. Como exemplo: um slot 8x que na verdade só é executado em 1x (esse slot permitirá o uso a qualquer placa 1x, 2x, 4x ou 8x), embora apenas funcionará a velocidade de 1x. Este tipo de soquete é descrito como um slot “8x (Modo 1x)”, o que significa que esse slot aceita fisicamente conexões de até 8x, mas que neste exemplo só funcionará com 1x de velocidade. A vantagem é que uma gama de placas PCIe podem ser utilizadas sem que haja necessidade de que o hardware da placa mãe dê suporte a taxa de transferência total.
O número de caminhos é "negociado" durante a inicialização ou explicitamente durante a operação. Esta flexibilidade, na contagem de caminhos pode proporcionar um padrão único para as necessidades de placas de banda larga (por exemplo, placas gráficas, placas 10 Gigabit Ethernet e placas Multiport Gigabit Ethernet), enquanto também pode ser rentável para as placas menos exigentes. Esse recurso permite que uma placa de 1x possa ser inserida em um slot 4x. O sistema irá desabilitar a ligação para o slot 4x e passará a fornecer dados para a placa utilizando apenas 1 caminho. O que não impossibilita que a placa-mãe realize operação a 4x neste slot em particular, se estiver conectado a uma placa de 4x.
Assim como nas placas de expansão para desktops e servidores, a interface elétrica PCIe é usado em uma variedade de outros fatores, incluindo o ExpressCard, interface de expansão para laptops. PCIe é também muitas vezes usado para conectar-se periféricos integrados na placa-mãe.
As especificações do formato estão sendo mantidas e desenvolvidas por um grupo de mais de 900 líderes-industriais da empresa denominada PCI-SIG (PCI Special Interest Group).
[editar] Visão Geral
A camada física do PCIe é constituída por uma rede de interconexões seriais. Na placa-mãe, um switch age como um gerenciador de conexões seriais que permite uma interconexão de dispositivos ponto-a-ponto para ser rapidamente roteada. Este comportamento de conexão dinâmica ponto-a-ponto leva mais uma vez a um paralelismo no qual um par de dispositivos podem comunicar uns com os outros, ao mesmo tempo. (Em contrapartida, as interfaces dos PCs mais antigos tinham todos os dispositivos permanentemente conectados ao mesmo barramento, portanto, apenas um dispositivo poderia falar de uma só vez.) É semelhante à diferença entre conversar durante um telefonema onde você só pode ligar para uma pessoa de cada vez, e conversar, em uma reunião, onde você pode conversar com uma pessoa diretamente ao seu lado. O modelo também permite agrupamento de canal, em que vários caminhos são colados a um único par de dispositivos, a fim de proporcionar maior largura de banda.
O formato serial “colado” foi escolhido, devido à um fenômeno (timing skew) que é uma consequência direta das limitações impostas pela velocidade de um sinal elétrico, o que é feito em uma velocidade finita. Porque diferentes sinais em uma interface tem diferentes comprimentos, paralelamente sinais transmitidos ao mesmo tempo a partir de uma fonte chegam ao destino em momentos diferentes. Quando a taxa do clock aumenta ao ponto em que o comprimento de onda de um único bit for inferior a esta diferença de caminho de comprimento, os bits de uma só palavra não chegam ao destino ao mesmo tempo. Assim, a velocidade do sinal elétrico, combinado com a diferença de comprimento entre o maior e o menor sinal numa interconexão paralela, naturalmente requer a máximo largura de banda. O canal serial “colado” evita esse problema por não exigir que os bits cheguem simultaneamente. PCIe é apenas um exemplo de uma tendência que distancia-se do barramento paralelo ao utilizar interconexões seriais. Para outros exemplos, veja HyperTransport, Serial ATA, USB, SAS, FireWire ou RapidIO.
PCIe é mantido principalmente pela Intel, que começou a trabalhar no padrão com o projeto Arapahoe depois de remover o sistema InfiniBand. PCIe destina-se a ser utilizado apenas como uma interligação local. Ele foi projetado para ser compatível com o software padrão PCI preexistente, fazendo a conversão de placas PCI e de sistemas para PCI Express, tão simples como a substituição da camada física sem exigir uma mudança de software. O aumento da largura de banda no PCI Express levou a unificação, como é rápido o suficiente para substituir quase todos os barramento internos existentes, incluindo AGP e PCI. A Intel prevê um único controlador PCI Express “falando” com todos os dispositivos externos no futuro, ao invés da solução northbridge/southbridge usada em máquinas atuais.
Contrariamente ao que precede os padrões de interfaces de expansão, PCIe é um "barramento" ponto-a-ponto. Isto significa que, embora a norma PCI-X (133 MHz 64 bits) e PCIe 4x têm aproximadamente a mesma taxa de transferência dos dados, PCIe 4x terá melhor desempenho se pares de dispositivo múltiplos estiverem se comunicando simultaneamente ou se a comunicação é entre um único par de dispositivos (bidirecional).
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