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 duas 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, 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 freqüência 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 um sendo 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.

  • 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).

Protocolo de Hardware
A ligação do PCIe está construída em torno pares de seriais (1-bit) unidirecionalmente dedicados, conexões ponto-a-ponto conhecidas como "caminhos". Isto está em nítido contraste com a ligação PCI, que é um barramento onde todos os dispositivos compartilham a mesma bidirecional, de 32 bits (ou 64 bits), paralela ao barramento.

PCI Express é um protocolo de camadas, constituído por uma camada de Transações, uma camada de Ligação, e uma camada Física. A camada de Ligação é ainda dividida de modo a incluir uma subcamada denominada Controle de Acesso de Mídia. A camada Física é ainda dividida em duas subcamadas, a Lógica e a Elétrica. A subcamada Lógica, por sua vez contém uma Subcamada de Codificação Física (do inglês Physical Coding Sublayer - PCS). (Termos adotados do padrão IEEE 802 - modelo de protocolo de rede).

Camada Física
A especificação da camada Fisica do PCIe é dividida em duas subcamadas, o que corresponde as camadas Elétrica e Lógica. A camada Lógica é dividida em uma Subcamada de Codificação, embora que esta divisão não é formalmente parte da especificação do PCIe. Uma especificação publicada pela Intel, sobre a interface física do PCI Express, define a funcionalidade do Controle de Acesso de Mídia e da Subcamada de Codificação Física e também a interface entre esses duas subcamadas. A especificação da interface física do PCIe identifica também a camada Atalho de Mídia Física, que inclui o Serializador/Deserializador e outros circuitos analógicos, no entanto, uma vez que as implementações do Serializador/Deserializador variam muito entre os vendedores, a interface física do PCIe não especifica uma interface entre a Subcamada de Codificação Física e o Atalho de Mídia Física.

A conexão entre quaisquer dois dispositivos PCIe é conhecido como uma "ligação", e se desenvolve a partir de uma coleção de uma ou mais faixas. Todos os dispositivos devem suportar no mínimo um caminho único (1x). Os dispositivos opcionalmente podem suportar ligações compostas de 2, 4, 8, 12, 16, ou 32 caminhos. Isto permite uma excelente compatibilidade de duas formas:

  • Uma placa PCIe irá fisicamente conectar (e funcionar corretamente) em qualquer slot que seja pelo menos tão grande como é (por exemplo, um cartão de tamanho x1 irá trabalhar em qualquer tamanho slot);
  • Num slot de uma grande dimensão física (por exemplo, 16x) pode conectar, eletricamente, uma placa com menos caminhos (por exemplo, 1x, 4x, ou 8x), contanto que o slot fornece a alimentação e as ligações-terra exigidas pela maior dimensão física do slot.


Em ambos os casos, o PCIe irá negociar o mais elevado número de caminhos suportados.

Não é possível colocar uma placa PCIe fisicamente maior (por exemplo, uma paca de 16x) em um slot de menor dimensão, apesar de ambos serem compatíveis quanto ao sinal. Algumas placas-mães têm os slots PCIe em aberto, o que permitiria que uma placa, fisicamente, maior pudesse ser inserido em um slot PCIe menor.

A largura de um conector PCIe é 8,8 mm, enquanto que a altura é 11,25 mm, e o comprimento é variável. A metade ‘secundária’ do conector é 11,65 mm de comprimento e contém 22 pinos, enquanto que o comprimento da metade ‘principal’ é variável. A espessura da placa que é encaixada no conector é 1,8 milímetros.