PCI Express

Слоты PCI Express x4, x16, x1, опять x16,

внизу - стандартный 32-разрядный слот PCI на материнской плате

PCI Express или PCIe или PCI-E, (известная как 3GIO for 3rd Generation I/O) — компьютерная шина, использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.

В отличие от шины PCI, использовавшей для передачи данных общую шину, PCI Express, являетсяпакетной сетью с топологией типа звезда, устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, а каждое устройство напрямую связано соединением «точка-точка» с коммутатором.

Кроме того, шиной PCI Express поддерживается:

горячая замена карт; управление энергопотреблением;

гарантированная полоса пропускания (QoS);

контроль целостности передаваемых данных.

Разработка стандарта PCI Express была начата фирмой Intel, первая базовая спецификация PCI Express появилась в июле 2002 года.

Шина PCI Express нацелена на использование только в качестве локальной шины. Так, как программная модель PCI Express унаследована от PCI, то существующие системы и контроллеры могут быть доработаны для использования шины PCI Express заменой только физического уровня, без доработки программного обеспечения. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать её вместо шин AGP и тем более PCI (PCI-X) и PCI Express заменила эти шины в ПК.

Для подключения устройства PCI Express используется двунаправленное последовательное соединение точка-точка (lane), это отличается от PCI, в которой все устройства подключаются к общей 32-разрядной параллельной однонаправленной шине.

Соединение между двумя устройствами PCI Express называется link, и состоит из одного (1x) или нескольких (2x, 4x, 8x, 12x, 16x и 32x) двунаправленных последовательных соединений lane. Каждое устройство должно поддерживать соединение 1x.

На электрическом уровне каждое соединение использует низковольтную дифференциальную передачу сигнала (LVDS), приём и передача информации производится каждым устройством PCI Express по отдельной витой паре, т.о., в простейшем случае, устройство подключается к коммутатору PCI Express всего лишь четырьмя проводниками.

Использование подобного подхода имеет следующие преимущества:

карта PCI Express помещается и корректно работает в любом слоте той же или большей пропускной способности (так, карта x1 будет работать в слотах x4 и x16);

PCI Express пересылает всю управляющую информацию, включая прерывания, через те же линии, что используются для передачи данных, а последовательный протокол никогда не может быть заблокирован.

Во всех высокоскоростных последовательных протоколах (например, GigabitEthernet), информация о синхронизации должна быть встроена в передаваемый сигнал. На физическом уровне, PCI Express использует метод кодирования 8B/10B (8 бит данных заменяются на 10 бит, передаваемых по каналу), который позволяет поднять помехозащищённость.

Пропускная способность соединения lane составляет 2,5 Гбит/с. Для расчета пропускной способности соединения link необходимо учесть то, что в каждом соединении передача дуплексная, а также учесть применение кодирования 8B/10B (8 бит в 10). Так, дуплексная пропускная способность соединения 1x (P1x) составляет 0,5 ГБ/с.

Пропускная способность, с учётом двунаправленной передачи, для шин PCI Express:

Используется связей	1x	2x	4x	8x	12x	16x	32x
Пропускная способность, ГБ/c	0,5

Кабельные спецификации PCI Express позволяют доводить длину одного соединения до десятков и сотен метров, что делает возможным создание «разобранных» ЭВМ.

PCI Express —предназначена для работы в качестве локальной шины, нежели шины процессор-память или сложной маршрутизируемой сети. Кроме того, PCI Express изначально задумывалась как шина, логически совместимая с шиной PCI, что также внесло свои ограничения. Группа PCI-SIG выпустила PCI Express 2.0 15 января 2007 года.

Основные нововведения в PCI Express 2.0:

Увеличенная пропускная способность - максимальная пропускная способность одного соединения lane 5 Гбит/с, при этом сохранена совместимость с PCI Express 1.1 таким образом, что плата, поддерживающая стандарт PCIE 1.1 может работать, будучи установленной в слот PCIE 2.0. Внесены усовершенствования в протокол передачи между устройствами и программную модель.

Динамическое управление скоростью — для управления скоростью работы связи.

Оповещение о пропускной способности — для оповещения ПО (операционной системы, драйверов устройств и т.п.) об изменениях скорости и ширины шины.

Расширения структуры возможностей — расширение управляющих регистров для лучшего управления устройствами, слотами и интерконнектом.

Службы управления доступом —возможности управления транзакциями точка-точка.