PCI-EXPRESS چیست ؟

PCI Express مخفف عبارت Peripheral Component Interconnect Express است. که به طور رسمی به اختصار PCIe یا PCI-e نامیده می‌شود، یک استاندارد باس بسط کامپیوتر که یک سریال پرسرعت است که برای جایگزینی استانداردهای قدیمی تر باس PCI، PCI-X و AGP طراحی شده است. این رابط مادربرد رایج برای کارت‌های گرافیک رایانه‌های شخصی، کارت‌های ضبط، کارت‌های صدا، آداپتورهای میزبان هارد دیسک، SSD، Wi-Fi و اتصالات سخت‌افزاری اترنت است.PCIe نسبت به استانداردهای قدیمی‌تر پیشرفت‌های زیادی دارد، از جمله حداکثر توان عملیاتی گذرگاه سیستم، تعداد پین‌های ورودی/خروجی کمتر و ردپای فیزیکی کمتر، مقیاس‌بندی عملکرد بهتر برای دستگاه‌های گذرگاه، شناسایی دقیق‌تر خطا و مکانیسم گزارش‌دهی (گزارش خطای پیشرفته، AER)و عملکرد هات سواپ. بازنگری های اخیر استاندارد PCIe پشتیبانی سخت افزاری را برای مجازی سازی I/O فراهم می‌کند. رابط الکتریکی PCI Express با تعداد خطوط هم‌زمان اندازه‌گیری می‌شود. (یک خط یک خط ارسال/دریافت داده واحد است، مشابه یک جاده یک خطه که یک خط ترافیک در هر دو جهت دارد). در انواع استانداردهای دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد - به ویژه رابط کارت توسعه لپ تاپ به نام ExpressCard. همچنین در رابط های ذخیره سازی SATA Express، U.2 (SFF-8639) و M.2 استفاده می‌شود. مشخصات رسمی توسط PCI-SIG (PCI Special Interest Group) - گروهی متشکل از بیش از 900 شرکت که مشخصات PCI معمولی را نیز حفظ می‌کنند، حفظ و توسعه می‌یابد.

طراحی ساخت PCI-EXPRESS

از نظر مفهومی، گذرگاه PCI Express یک جایگزین سریال پرسرعت برای گذرگاه قدیمی PCI/PCI-X است. یکی از تفاوت‌های کلیدی بین گذرگاه PCI Express و PCI قدیمی‌تر، توپولوژی باس است. PCI از یک معماری گذرگاه موازی مشترک استفاده می‌کند که در آن میزبان PCI و همه دستگاه ها مجموعه مشترکی از آدرس، داده و خطوط کنترل را به اشتراک می‌گذارند. در مقابل، PCI Express بر اساس توپولوژی نقطه به نقطه است، با پیوندهای سریال جداگانه که هر دستگاه را به مجتمع ریشه (میزبان) متصل می‌کند. به دلیل توپولوژی گذرگاه مشترک آن، دسترسی به گذرگاه PCI قدیمی تر (در مورد چندین Master) و در یک جهت محدود به یک Master در یک زمان است. علاوه بر این، طرح کلاک‌سازی PCI قدیمی‌تر، ساعت باس را به کندترین وسیله جانبی روی گذرگاه محدود می‌کند (بدون توجه به دستگاه‌هایی که در تراکنش گذرگاه دخیل هستند). در مقابل، یک پیوند گذرگاه PCI Express از ارتباط تمام دوبلکس بین هر دو نقطه پایانی پشتیبانی می‌کند، بدون محدودیت ذاتی در دسترسی همزمان به چندین نقطه پایانی.از نظر پروتکل گذرگاه، ارتباط PCI Express در بسته ها محصور شده است. کار بسته‌بندی و بسته‌بندی داده‌ها و ترافیک پیام وضعیت توسط لایه تراکنش پورت PCI Express انجام می‌شود (در ادامه توضیح داده شد). تفاوت های اساسی در سیگنال دهی الکتریکی و پروتکل گذرگاه مستلزم استفاده از ضریب فرم مکانیکی متفاوت و کانکتورهای توسعه (و بنابراین، مادربردهای جدید و بردهای آداپتور جدید) است. اسلات های PCI و اسلات های PCI Express قابل تعویض نیستند. در سطح نرم افزار، PCI Express سازگاری با PCI را حفظ می‌کند. نرم افزار سیستم PCI قدیمی می‌تواند دستگاه های جدیدتر PCI Express را بدون پشتیبانی صریح از استاندارد PCI Express شناسایی و پیکربندی کند، اگرچه ویژگی های جدید PCI Express غیرقابل دسترسی هستند. پیوند PCI Express بین دو دستگاه می‌تواند از یک تا 16 خط متفاوت باشد. در یک پیوند چند خطی، داده های بسته در سراسر خطوط راه راه می‌شوند و حداکثر توان عملیاتی داده با عرض کلی پیوند مقیاس می‌شود. تعداد خطوط به طور خودکار در طول اولیه سازی دستگاه مورد مذاکره قرار می‌گیرد و می‌تواند توسط هر یک از نقاط پایانی محدود شود. به عنوان مثال، یک کارت PCI Express (x1) تک خطی را می‌توان در یک شکاف چند خطی (x4، x8، و غیره) وارد کرد و چرخه اولیه سازی به صورت خودکار بیشترین تعداد خطوط را که دو طرف پشتیبانی می‌شوند، بررسی می‌کند. پیوند می‌تواند به صورت پویا پیکربندی کند تا از خطوط کمتری استفاده کند و در صورت وجود خطوط بد یا نامطمئن، تحمل شکست را فراهم کند. استاندارد PCI Express پهنای پیوند x1، x2، x4، x8 و x16 را تعریف می‌کند. تا و از جمله پیوندهای PCIe 5.0، x12 و x32 نیز تعریف شده بودند اما هرگز استفاده نشدند. این به گذرگاه PCI Express اجازه می‌دهد هم برنامه‌های حساس به هزینه را که نیازی به توان عملیاتی بالا نیست و هم برنامه‌های کاربردی حیاتی مانند گرافیک سه بعدی ارائه دهد. شبکه (10 گیگابیت اترنت یا چند پورت گیگابیت اترنت)، و ذخیره سازی سازمانی (SAS یا کانال فیبر). شکاف‌ها و رابط‌ها فقط برای زیرمجموعه‌ای از این عرض‌ها تعریف می‌شوند، با عرض پیوندها در بین با استفاده از اندازه شکاف فیزیکی بزرگتر بعدی. به عنوان یک نقطه مرجع، یک دستگاه PCI-X (133 مگاهرتز 64 بیتی) و یک دستگاه PCI Express 1.0 با استفاده از چهار خط (x4) تقریباً حداکثر سرعت انتقال تک جهتی مشابه 1064 مگابایت بر ثانیه را دارند. گذرگاه PCI Express این پتانسیل را دارد که در مواردی که چندین دستگاه به طور همزمان داده ها را منتقل می‌کنند یا اگر ارتباط با دستگاه جانبی PCI Express دو طرفه است، بهتر از گذرگاه PCI-X عمل کند.

Interconnect (اتصال به یکدیگر)

دستگاه های PCI Express از طریق یک اتصال منطقی به نام پیوند اینترکانکتور ارتباط برقرار می‌کنند. پیوند یک کانال ارتباطی نقطه به نقطه بین دو پورت PCI Express است که به هر دوی آنها اجازه می‌دهد درخواست‌های معمولی PCI (پیکربندی، ورودی/خروجی یا خواندن/نوشتن حافظه) و وقفه‌ها (INTx، MSI یا MSI-X) را ارسال و دریافت کنند. در سطح فیزیکی، یک پیوند از یک یا چند خط تشکیل شده است. تجهیزات جانبی کم سرعت (مانند کارت وای فای 802.11) از پیوند تک خطی (x1) استفاده می‌کنند، در حالی که آداپتورهای گرافیکی معمولاً از پیوند 16 خطی (x16) بسیار گسترده تر و در نتیجه سریعتر استفاده می‌کنند.

LANE

یک خط از دو جفت سیگنال دیفرانسیل تشکیل شده است که یک جفت برای دریافت داده و دیگری برای ارسال است. بنابراین، هر خط از چهار سیم یا رد سیگنال تشکیل شده است. از نظر مفهومی، هر خط به‌عنوان یک جریان بایت دوطرفه استفاده می‌شود و بسته‌های داده را در قالب «بایت» هشت بیتی به طور همزمان در هر دو جهت بین نقاط انتهایی یک پیوند حمل می‌کند. پیوندهای فیزیکی PCI Express ممکن است شامل 1، 4، 8 یا 16 خط باشند.: تعداد خطوط با پیشوند «x» نوشته می‌شود (مثلاً «x8» نشان‌دهنده یک کارت یا اسلات هشت خطی است که x16 نشان‌دهنده آن است. بزرگترین اندازه در استفاده رایج اندازه خطوط همچنین از طریق اصطلاحات "عرض" یا "با" نامیده می‌شود، به عنوان مثال، یک شکاف هشت خطی را می‌توان به عنوان "با 8" یا به عنوان "عرض 8 خط" نام برد. برای اندازه های کارت مکانیکی، به زیر مراجعه کنید.

Serial bus

معماری باس سریال پیوندی به دلیل محدودیت‌های ذاتی دومی، از جمله عملکرد نیمه دوبلکس، تعداد سیگنال‌های اضافی، و پهنای باند کمتر به دلیل انحراف زمان‌بندی، نسبت به گذرگاه موازی سنتی انتخاب شد. انحراف زمان‌بندی ناشی از سیگنال‌های الکتریکی مجزا در یک رابط موازی است که از طریق هادی‌هایی با طول‌های مختلف، روی لایه‌های بالقوه مختلف برد مدار چاپی (PCB) و احتمالاً با سرعت‌های سیگنال متفاوت حرکت می‌کنند. علیرغم اینکه سیگنال ها به صورت یک کلمه به طور همزمان ارسال می‌شوند، سیگنال های یک رابط موازی مدت زمان سفر متفاوتی دارند و در زمان های مختلف به مقصد می‌رسند. هنگامی که دوره ساعت رابط کوتاهتر از بزرگترین اختلاف زمانی بین دریافت سیگنال باشد، بازیابی کلمه ارسال شده دیگر امکان پذیر نیست. از آنجایی که انحراف زمان بر روی یک گذرگاه موازی می‌تواند چند نانوثانیه باشد، محدودیت پهنای باند حاصل در محدوده صدها مگاهرتز است. یک رابط سریال انحراف زمان‌بندی را نشان نمی‌دهد زیرا تنها یک سیگنال دیفرانسیل در هر جهت در هر خط وجود دارد و هیچ سیگنال ساعت خارجی وجود ندارد زیرا اطلاعات ساعت در خود سیگنال سریال تعبیه شده است. به این ترتیب، محدودیت های پهنای باند معمولی در سیگنال های سریال در محدوده چند گیگاهرتز است. PCI Express نمونه‌ای از روند کلی جایگزینی باس‌های موازی با اتصالات سریال است. نمونه های دیگر عبارتند از Serial ATA (SATA)، USB، Serial Attached SCSI (SAS)، FireWire (IEEE 1394) و RapidIO. در ویدئوهای دیجیتال، نمونه‌های رایج DVI، HDMI و DisplayPort می‌باشند. طراحی سریال چند کانالی با توانایی خود در اختصاص خطوط کمتر برای دستگاه‌های کندتر، انعطاف‌پذیری را افزایش می‌دهد.

Form factors

• PCI Express (standard)

یک کارت PCI Express در شکافی با اندازه فیزیکی یا بزرگتر (با x16 به عنوان بزرگترین مورد استفاده شده) قرار می‌گیرد، اما ممکن است در یک اسلات PCI Express کوچکتر قرار نگیرد. به عنوان مثال، یک کارت x16 ممکن است در اسلات x4 یا x8 قرار نگیرد. برخی از اسلات ها از سوکت های باز استفاده می‌کنند تا به کارت های فیزیکی طولانی تر اجازه دهند و بهترین اتصال الکتریکی و منطقی موجود را به دست آورند. تعداد خطوطی که واقعاً به یک شکاف متصل هستند نیز ممکن است کمتر از تعداد پشتیبانی شده توسط اندازه شکاف فیزیکی باشد. به عنوان مثال یک اسلات x16 است که در x4 اجرا می‌شود، که هر کارت x1، x2، x4، x8 یا x16 را می‌پذیرد، اما تنها چهار خط را ارائه می‌دهد. مشخصات آن ممکن است به عنوان "x16 (حالت x4)" خوانده شود، در حالی که نماد "مکانیکی @ الکتریکی" (به عنوان مثال "x16 @ x4") نیز رایج است. کارت هایی بدون نیاز به سخت افزار مادربرد برای پشتیبانی از نرخ انتقال کامل. اندازه های مکانیکی استاندارد x1، x4، x8 و x16 هستند. کارت‌هایی که از تعداد خطوطی غیر از اندازه‌های مکانیکی استاندارد استفاده می‌کنند، باید از نظر فیزیکی با اندازه مکانیکی بزرگ‌تر بعدی مطابقت داشته باشند (مثلاً یک کارت x2 از اندازه x4 استفاده می‌کند یا یک کارت x12 از اندازه x16 استفاده می‌کند). خود کارت ها در اندازه های مختلف طراحی و تولید می‌شوند. برای مثال، درایوهای حالت جامد (SSD) که به شکل کارت‌های PCI Express ارائه می‌شوند، اغلب از HHHL (نیم ارتفاع، نصف طول) و FHHL (ارتفاع کامل، نیم طول) برای توصیف ابعاد فیزیکی کارت استفاده می‌کنند.

• Non-standard video card form factors

کارت‌های ویدئویی بازی مدرن (از سال 2012) معمولاً از ارتفاع و همچنین ضخامت مشخص شده در استاندارد PCI Express فراتر می‌روند، زیرا به فن‌های خنک‌کننده با توانمندتر و کم‌صداتر نیاز است، زیرا کارت‌های ویدئویی بازی اغلب صدها وات گرما ساطع می‌کنند. مدرن کیس های کامپیوتر اغلب برای قرار دادن این کارت های بلندتر پهن تر هستند، اما نه همیشه. از آنجایی که کارت های تمام قد (312 میلی متر) غیر معمول هستند، موارد مدرن گاهی اوقات نمی‌توانند با‌ آنها مطابقت داشته باشند. ضخامت این کارت ها نیز معمولاً فضای 2 تا 5PCIe را اشغال می‌کند. در واقع، حتی روش اندازه‌گیری کارت‌ها بین فروشنده‌ها متفاوت است، برخی از آنها اندازه براکت‌های فلزی را در ابعاد و برخی دیگر نه. به عنوان مثال، با مقایسه سه کارت گرافیک رده بالای عرضه شده در سال 2020: یک کارت Sapphire Radeon RX 5700 XT دارای 135 میلی متر ارتفاع (به استثنای براکت فلزی)، که 28 میلی متر از ارتفاع استاندارد PCIe فراتر می‌رود، یک کارت دیگر Radeon RX 5700 XT توسط XFX 55 میلی‌متر ضخامت دارد (یعنی 2.7 اسلات PCI در 20.32 میلی‌متر)، 3 اسلات PCIe را اشغال می‌کند، [21] در حالی که کارت گرافیک Asus GeForce RTX 3080 دو اسلات و ابعاد 140.1 × 318.5 میلی‌متر × 57.8 میلی‌متر دارد که از PCI Express بیشتر است. حداکثر ارتفاع، طول و ضخامت به ترتیب.

•  Pinout

جدول زیر هادی ها را در هر طرف کانکتور لبه روی کارت PCI Express مشخص می‌کند. طرف لحیم کاری برد مدار چاپی (PCB) سمت A است و طرف جزء سمت B است. پین‌های PRSNT1# و PRSNT2# باید کمی کوتاه‌تر از بقیه باشند تا اطمینان حاصل شود که کارت داغ به طور کامل وارد شده است. پین WAKE# از ولتاژ کامل برای بیدار کردن رایانه استفاده می‌کند، اما باید از حالت آماده به کار بالا کشیده شود تا نشان دهد که کارت قابلیت Wake دارد.

Power

• Slot power

همه کارت‌های PCI express ممکن است تا 3A در3.3+ V (9.9 W) مصرف کنند. مقدار 12+ ولت و کل توان مصرفی آنها به فرم فاکتور و نقش کارت بستگی دارد :

1. کارت های x1 به 0.5A در 12+ ولت (6 وات) و 10 وات ترکیبی محدود شده اند.
2. کارت های x1 به 0.5A در 12+ ولت (6 وات) و 10 وات ترکیبی محدود شده اند.
3. یک کارت x1 با اندازه کامل ممکن است پس از مقداردهی اولیه و پیکربندی نرم‌افزار به‌عنوان یک دستگاه پرقدرت، تا حدود 25 وات برسد.
4. یک کارت گرافیک با اندازه کامل x16 ممکن است تا 5.5 آمپر در +12 ولت (66 وات) و 75 وات ترکیبی پس از مقداردهی اولیه و پیکربندی نرم افزار به عنوان یک دستگاه پرقدرت بکشد.

• 6and 8-pin power connectors

کانکتورهای اختیاری 75 وات (6 پین) یا 150 وات (8 پین) توان 12 + ولت را برای مجموع تا 300 وات (2 × 75 وات + 1 × 150 وات) اضافه می‌کنند.

1. پین Sense0 توسط کابل یا منبع تغذیه به زمین متصل می‌شود، یا اگر کابل وصل نیست، شناور می‌شود.
2. پین Sense1 توسط کابل یا منبع تغذیه به زمین متصل می‌شود، یا اگر کابل وصل نیست روی آن شناور می‌شود.

برخی از کارت‌ها از دو کانکتور 8 پین استفاده می‌کنند، اما از سال 2018 هنوز استاندارد نشده است، بنابراین چنین کارت‌هایی نباید نشان رسمی PCI Express را داشته باشند. این پیکربندی در مجموع 375 وات (1 × 75 وات + 2 × 150 وات) اجازه می‌دهد و احتمالاً توسط PCI-SIG با استاندارد PCI Express 4.0 استاندارد می‌شود.[نیاز به به‌روزرسانی دارد] کانکتور 8 پین PCI Express ممکن است با EPS12V اشتباه گرفته شود. کانکتور، که عمدتاً برای تغذیه سیستم های SMP و چند هسته ای استفاده می‌شود. کانکتورهای برق انواعی از کانکتورهای سری Molex Mini-Fit Jr.

• 12VHPWR connector

کانکتور 16 پین 12VHPWR استانداردی برای اتصال واحدهای پردازش گرافیکی (GPU) به منابع تغذیه کامپیوتر تا توان 600 وات است. در سال 2022 معرفی شد تا جایگزین کانکتورهای برق 6 و 8 پین قبلی برای پردازنده‌های گرافیکی شود. هدف اصلی این بود که نیازهای روزافزون توان پردازنده های گرافیکی با کارایی بالا را برآورده کند. با یک اصلاح جزئی به نام 12V-2x6 جایگزین شد، که کانکتور را تغییر داد تا اطمینان حاصل شود که پین‌های حسی فقط در صورتی با هم تماس پیدا می‌کنند که پایه‌های برق به درستی قرار گرفته باشند. کانکتور اصلی به طور رسمی به عنوان بخشی از PCI Express 5.x پذیرفته شد، در حالی که طراحی اصلاح شده کانکتور 12V-2x6 بعداً به تصویب رسید.

PCI Express Mini Card

کارت PCI Express Mini (همچنین با نام‌های Mini PCI Express، Mini PCIe، Mini PCI-E، mPCIe و PEM نیز شناخته می‌شود)، بر اساس PCI Express، جایگزینی برای فرم فاکتور Mini PCI است. این توسط PCI-SIG توسعه یافته است. دستگاه میزبان از اتصال PCI Express و USB 2.0 پشتیبانی می‌کند و هر کارت ممکن است از هر یک از استانداردها استفاده کند. اکثر رایانه های لپ تاپ ساخته شده پس از سال 2005 از PCI Express برای کارت های توسعه استفاده می‌کنند. با این حال، از سال 2015، بسیاری از فروشندگان به سمت استفاده از فرم فاکتور جدیدتر M.2 برای این منظور حرکت کردند. به دلیل ابعاد مختلف، مینی کارت های PCI Express از نظر فیزیکی با اسلات های استاندارد PCI Express با اندازه کامل سازگار نیستند. با این حال، آداپتورهای غیرفعال وجود دارند که به آنها اجازه می‌دهند در اسلات های اندازه کامل استفاده شوند.

• Physical dimensions

ابعاد مینی کارت های PCI Express 30mm × 50.95mm (عرض × طول) برای یک مینی کارت کامل است. یک رابط لبه 52 پین، متشکل از دو ردیف پلکانی در یک زمین 0.8 میلی متری وجود دارد. هر ردیف دارای هشت کنتاکت است، یک شکاف معادل چهار کنتاکت و سپس 18 کنتاکت دیگر. تخته ها بدون احتساب اجزاء دارای ضخامت 1.0 میلی متر هستند. یک "نیم مینی کارت" (گاهی اوقات به اختصار HMC) نیز مشخص شده است که تقریباً نیمی از طول فیزیکی آن 26.8 میلی متر است. همچنین کارت‌های مینی PCIe با ابعاد 30 در 31.90 میلی‌متر وجود دارند که تقریباً نصف طول یک کارت مینی PCIe با اندازه کامل است.

• Electrical interface

کانکتورهای لبه کارت مینی کارت PCI Express چندین اتصال و باس را فراهم می‌کنند:

1. PCI Express x1 (با SMBus)
2. USB 2.0
3. سیم به LED های تشخیصی برای وضعیت شبکه بی سیم (به عنوان مثال، Wi-Fi) در شاسی رایانه
4. سیم کارت برای برنامه های GSM و WCDMA (سیگنال های UIM بر اساس مشخصات)
5. توسعه آینده برای یک خط PCIe دیگر
6. برق 1.5 ولت و 3.3 ولت

• Mini-SATA (mSATA) variant

با وجود به اشتراک گذاشتن فرم فاکتور Mini PCI Express، یک اسلات mSATA لزوماً از نظر الکتریکی با Mini PCI Express سازگار نیست. به همین دلیل، فقط نوت بوک های خاصی با درایوهای mSATA سازگار هستند. اکثر سیستم های سازگار بر اساس معماری پردازنده Sandy Bridge اینتل، با استفاده از پلت فرم رودخانه Huron ساخته شده اند. نوت بوک هایی مانند سری ThinkPad T، W و X Lenovo که در ماه مارس تا آوریل 2011 منتشر شدند، از کارت mSATA SSD در اسلات کارت WWAN پشتیبانی می‌کنند. ThinkPad Edge E220s/E420s و Lenovo IdeaPad Y460/Y560/Y570/Y580 نیز از mSATA پشتیبانی می‌کنند. برعکس، سری L در میان سایرین تنها می‌تواند از کارت های M.2 با استفاده از استاندارد PCIe در اسلات WWAN پشتیبانی کند.

برخی از نوت بوک ها (به ویژه Asus Eee PC، Apple MacBook Air و Dell mini9 و mini10) از نوعی کارت PCI Express Mini به عنوان SSD استفاده می‌کنند. این نوع از پین‌های رزرو شده و چندین پین غیررزرو شده برای پیاده‌سازی گذر رابط SATA و IDE استفاده می‌کند و فقط USB، خطوط زمین و گاهی اوقات گذرگاه اصلی PCIe x1 را دست نخورده نگه می‌دارد. این باعث می‌شود درایوهای فلش و حالت جامد "miniPCIe" برای نت‌بوک‌ها فروخته شوند. تا حد زیادی با پیاده سازی های واقعی PCI Express Mini ناسازگار است.

همچنین، SSD معمولی miniPCIe ایسوس 71 میلی‌متر طول دارد، که باعث می‌شود مدل 51 میلی‌متری Dell اغلب (به اشتباه) به‌عنوان نیم‌طول شناخته شود. یک Mini PCIe SSD واقعی 51 میلی‌متری در سال 2009 معرفی شد، با دو لایه PCB پشته‌ای که ظرفیت ذخیره‌سازی بالاتری را ممکن می‌سازد. طراحی اعلام شده رابط PCIe را حفظ می‌کند و آن را با اسلات استاندارد mini PCIe سازگار می‌کند. هنوز هیچ محصول کاری تولید نشده است.
اینتل تعداد زیادی برد دسکتاپ با اسلات کارت کوچک PCIe x1 دارد که معمولاً از mSATA SSD پشتیبانی نمی‌کنند. لیستی از بردهای دسکتاپ که به طور بومی از mSATA در اسلات Mini-Card PCIe x1 (معمولاً با پورت SATA مالتی پلکس شده) پشتیبانی می‌کنند در سایت پشتیبانی اینتل ارائه شده است.

• PCI Express M.2

M.2 جایگزین استاندارد mSATA و Mini PCIe می‌شود. رابط های باس کامپیوتر ارائه شده از طریق کانکتور M.2 عبارتند از PCI Express 3.0 (حداکثر چهار خط)، سریال ATA 3.0 و USB 3.0 (یک پورت منطقی برای هر یک از دو مورد آخر). این به سازنده هاست یا دستگاه M.2 بستگی دارد که بسته به سطح مورد نظر پشتیبانی هاست و نوع دستگاه، از کدام رابط ها پشتیبانی کند.

• PCI Express External Cabling

مشخصات کابل کشی خارجی PCI Express (همچنین به عنوان External PCI Express، Cabled PCI Express یا ePCIe شناخته می‌شود) توسط PCI-SIG در فوریه 2007 منتشر شد. کابل ها و کانکتورهای استاندارد برای عرض پیوند x1، x4، x8 و x16 تعریف شده اند. با سرعت انتقال 250 مگابایت بر ثانیه در هر خط. PCI-SIG همچنین انتظار دارد که استاندارد مانند PCI Express 2.0 به 500 مگابایت بر ثانیه برسد. نمونه ای از کاربردهای کابلی PCI Express یک محفظه فلزی است که حاوی تعدادی اسلات PCIe و مدار آداپتور PCIe به ePCIe است. اگر مشخصات ePCIe نبود این دستگاه امکان پذیر نبود.

• PCI Express OCuLink

OCuLink (مخفف "پیوند نوری مسی " است، زیرا نماد شیمیایی مس است) پسوندی برای "نسخه کابلی PCI Express" است. نسخه 1.0 OCuLink که در اکتبر 2015 منتشر شد، از 4 خط PCIe 3.0 (3.9 گیگابایت بر ثانیه) از طریق کابل مسی پشتیبانی می‌کند. یک نسخه فیبر نوری ممکن است در آینده ظاهر شود. جدیدترین نسخه OCuLink، OCuLink-2، تا 16 گیگابایت بر ثانیه (PCIe 4.0 x8) را پشتیبانی می‌کند. در حالی که حداکثر پهنای باند کابل USB 4   ده گیگابایت بر ثانیه است. در حالی که در ابتدا برای استفاده در لپ‌تاپ‌ها برای اتصال جعبه‌های قدرتمند GPU خارجی در نظر گرفته شده بود، محبوبیت OCuLink در درجه اول در استفاده از آن برای اتصالات PCIe در سرورها نهفته است، یک برنامه رایج‌تر.

• Derivative forms

فرم فاکتورهای متعدد دیگری از PCIe استفاده می‌کنند یا می‌توانند از آن استفاده کنند. این موارد عبارتند از:

1. کارت کم ارتفاع
2. ExpressCard : جانشین فرم کارت PC (با x1 PCIe و USB 2.0؛ با قابلیت اتصال داغ)
3. PCI Express ExpressModule : یک فرم فاکتور ماژولار با قابلیت اتصال داغ که برای سرورها و ایستگاه های کاری تعریف شده است.
4. کارت XQD : استاندارد فلش کارت مبتنی بر PCI Express توسط انجمن CompactFlash با x2 PCIe
5. کارت CFexpress : یک فلش کارت مبتنی بر PCI Express توسط انجمن CompactFlash در سه شکل که از 1 تا 4 خط PCIe پشتیبانی می‌کند.
6. کارت SD : باس  SD Express، معرفی شده در نسخه 7.0 مشخصات SD از یک پیوند x1 PCIe استفاده می‌کند.
7. XMC : مشابه فرم فاکتور CMC/PMC (VITA 42.3)
8. AdvancedTCA : مکمل CompactPCI برای برنامه های بزرگتر. از توپولوژی های backplane مبتنی بر سریال پشتیبانی می‌کند
9. AMC : مکملی برای مشخصات AdvancedTCA. از ماژول های پردازنده و ورودی/خروجی بر روی بردهای ATCA (x1، x2، x4 یا x8 PCIe) پشتیبانی می‌کند.
10. FeaturePak : فرمت کارت توسعه کوچک (43 میلی‌متر × 65 میلی‌متر) برای برنامه‌های تعبیه‌شده و با ضریب فرم کوچک، که دو پیوند PCIe x1 را روی یک کانکتور با چگالی بالا به همراه USB، I2C و حداکثر 100 نقطه I/ o پیاده‌سازی می‌کند.
11. یونیورسال IO : گونه‌ای از Super Micro Computer Inc که برای استفاده در شاسی‌های کم‌حجم روی رک طراحی شده است.[51] براکت کانکتور را معکوس دارد، بنابراین نمی‌تواند در یک سوکت معمولی PCI Express قرار بگیرد، اما با پین سازگار است و در صورت برداشتن براکت ممکن است وارد شود.
12. M.2 (که قبلاً به عنوان NGFF شناخته می‌شد)
13. M-PCIe PCIe 3.0 را به دستگاه‌های تلفن همراه (مانند تبلت‌ها و گوشی‌های هوشمند)، از طریق لایه فیزیکی M-PHY می‌آورد.
14. U.2 (با نام قبلی SFF-8639)

کانکتور اسلات PCIe می‌تواند پروتکل هایی غیر از PCIe را نیز حمل کند. برخی از چیپست‌های سری 9xx اینتل از Serial Digital Video Out پشتیبانی می‌کنند، یک فناوری اختصاصی که از یک شکاف برای انتقال سیگنال‌های ویدئویی از گرافیک یکپارچه CPU میزبان به جای PCIe با استفاده از یک افزونه پشتیبانی‌شده استفاده می‌کند.

پروتکل لایه تراکنش PCIe را می‌توان بر روی برخی دیگر از اتصالات دیگر که از نظر الکتریکی PCIe نیستند نیز استفاده کرد:

1. Thunderbolt : یک استاندارد اتصال بدون حق امتیاز توسط اینتل که پروتکل های DisplayPort و PCIe را در فرم فاکتور سازگار با Mini ترکیب می‌کند.
2. DisplayPort. Thunderbolt 3.0 همچنین USB 3.1 را ترکیب می‌کند و از فرم فاکتور USB-C در مقابل Mini DisplayPort استفاده می‌کند.
3. 0.USB 4

تاریخچه و تجدید نظر در مورد PCI-EXPRESS

در حالی که در مراحل اولیه توسعه، PCIe در ابتدا به عنوان HSI (برای اتصال با سرعت بالا) شناخته می‌شد، و قبل از اینکه در نهایت نام PCI-SIG خود را PCI Express قرار دهد، به 3GIO (برای نسل سوم I/O) تغییر نام داد. یک کارگروه فنی به نام گروه کاری آراپاهو (AWG) استاندارد را تهیه کرد. برای پیش نویس های اولیه، AWG فقط از مهندسان اینتل تشکیل شده بود. متعاقباً، AWG گسترش یافت و شرکای صنعتی را نیز در بر گرفت. از آن زمان، PCIe دستخوش چندین تجدید نظر بزرگ و کوچکتر شده است که عملکرد و سایر ویژگی ها را بهبود بخشیده است.

• Comparison table

​​​​​​

ورژن های PCI-EXPRESS

• PCI Express 1.0a

در سال 2003، PCI-SIG PCIe 1.0a را با سرعت داده در هر خط 250 مگابایت بر ثانیه و سرعت انتقال 2.5 گیگاترانسفر در ثانیه (GT/s) معرفی کرد. نرخ انتقال به جای بیت در ثانیه به صورت انتقال در ثانیه بیان می‌شود، زیرا تعداد انتقال‌ها شامل بیت‌های سربار است که توان عملیاتی اضافی را ارائه نمی‌دهند؛ PCIe 1.x از یک طرح رمزگذاری 8b/10b استفاده می‌کند که منجر به 20% (= 2) می‌شود. /10) سربار روی پهنای باند کانال خام. بنابراین در اصطلاح PCIe، نرخ انتقال به نرخ بیت کدگذاری شده اشاره دارد: 2.5 GT/s در پیوند سریال کدگذاری شده، 2.5Gbit/s است. این مربوط به 2.0 گیگابیت بر ثانیه داده از پیش کدگذاری شده یا 250 مگابایت بر ثانیه است که در PCIe به عنوان توان عملیاتی شناخته می‌شود.

• PCI Express 1.1

  در سال 2005، PCI-SIG PCIe 1.1 را معرفی کرد. این مشخصات به روز شده شامل توضیحات و چندین پیشرفت است، اما کاملاً با PCI Express 1.0a سازگار است. هیچ تغییری در نرخ داده ایجاد نشد.

• PCI Express 2.0

PCI-SIG در 15 ژانویه 2007 در دسترس بود، مشخصات PCI Express Base 2.0 را اعلام کرد. استاندارد PCIe 2.0 سرعت انتقال را در مقایسه با PCIe 1.0 به 5GT/s دوبرابر می‌کند و توان خروجی در هر خط از 250 مگابایت بر ثانیه به 500 مگابایت افزایش می‌یابد. در نتیجه، یک کانکتور 16 خطی PCIe (x16) می‌تواند تا 8 گیگابایت بر ثانیه را پشتیبانی کند. اسلات های مادربرد PCIe 2.0 کاملاً با کارت های PCIe v1.x سازگار هستند. کارت‌های PCIe 2.0 نیز معمولاً با مادربردهای PCIe 1.x سازگار هستند و از پهنای باند موجود PCI Express 1.1 استفاده می‌کنند. به طور کلی، کارت های گرافیک یا مادربردهایی که برای نسخه 2.0 طراحی شده اند، کار می‌کنند و دیگری v1.1 یا v1.0a است. PCI-SIG همچنین گفت که PCIe 2.0 دارای پیشرفت هایی در پروتکل انتقال داده نقطه به نقطه و معماری نرم افزار آن است. اولین چیپست اینتل با قابلیت PCIe 2.0 X38 بود و بردها از فروشندگان مختلف (Abit، Asus، Gigabyte) شروع به ارسال کردند. از 21 اکتبر 2007، AMD شروع به پشتیبانی از PCIe 2.0 با سری چیپست های AMD 700 کرد و nVidia با MCP72 شروع به کار کرد. همه چیپست های قبلی اینتل، از جمله چیپست اینتل P35، از PCIe 1.1 یا 1.0a پشتیبانی می‌کردند. مانند 1.x، PCIe 2.0 از یک طرح رمزگذاری 8b/10b استفاده می‌کند، بنابراین حداکثر سرعت موثر در هر خط را ارائه می‌دهد. نرخ انتقال از نرخ داده خام 5GT/s.

• PCI Express 2.1

PCI Express 2.1 (با مشخصات آن به تاریخ 4 مارس 2009) از بخش بزرگی از سیستم های مدیریت، پشتیبانی و عیب یابی برنامه ریزی شده برای پیاده سازی کامل در PCI Express 3.0 پشتیبانی می‌کند. با این حال، سرعت همان PCI Express 2.0 است. افزایش قدرت از اسلات، سازگاری رو به عقب بین کارت های PCI Express 2.1 و برخی از مادربردهای قدیمی با 1.0/1.0a را از بین می‌برد، اما اکثر مادربردهای دارای کانکتور PCI Express 1.1 با به روز رسانی بایوس توسط سازندگان خود از طریق ابزارهای کمکی برای پشتیبانی از سازگاری با کارت ها به عقب ارائه می‌شوند. با PCIe 2.1.

• PCI Express 3.0

نسخه 3.0 مشخصات پایه PCI Express 3.0 در نوامبر 2010 پس از تاخیرهای متعدد در دسترس قرار گرفت. در آگوست 2007، PCI-SIG اعلام کرد که PCI Express 3.0 دارای بیت ریت 8 گیگاترانسفر در ثانیه (GT/s) است و با پیاده سازی های موجود PCI Express سازگاری دارد. در آن زمان، همچنین اعلام شد که مشخصات نهایی برای PCI Express 3.0 تا سه ماهه دوم 2010 به تعویق خواهد افتاد. ویژگی های جدید برای مشخصات PCI Express 3.0 شامل تعدادی بهینه سازی برای سیگنالینگ و یکپارچگی داده های پیشرفته، از جمله یکسان سازی فرستنده و گیرنده، PLL است. بهبودها، بازیابی اطلاعات ساعت و بهبود کانال توپولوژی های پشتیبانی شده فعلی. پس از یک تجزیه و تحلیل فنی شش ماهه از امکان مقیاس پذیری پهنای باند اتصال PCI Express، تجزیه و تحلیل PCI-SIG نشان داد که 8 گیگاترانسفر در ثانیه را می‌توان در فناوری فرآیند سیلیکون اصلی تولید کرد و با مواد و زیرساخت های کم هزینه موجود و در عین حال حفظ کرد. سازگاری کامل (با تاثیر ناچیز) با پشته پروتکل PCI Express. PCI Express 3.0 طرح رمزگذاری را از کدگذاری قبلی 8b/10b به 128b/130b ارتقا داد و سربار پهنای باند را از 20٪ PCI Express 2.0 به تقریباً 1.54٪ (= 2/130) کاهش داد. نرخ بیت 8 GT/s PCI Express 3.0 به طور موثر 985 مگابایت بر ثانیه در هر خط ارائه می‌کند که پهنای باند خط را نسبت به PCI Express 2.0 تقریباً دو برابر می‌کند. در 18 نوامبر 2010، PCI Special Interest Group رسما مشخصات نهایی PCI Express 3.0 را برای اعضای خود منتشر کرد تا دستگاه هایی را بر اساس این نسخه جدید PCI Express بسازند.

• PCI Express 3.1

در سپتامبر 2013، مشخصات PCI Express 3.1 برای انتشار در اواخر سال 2013 یا اوایل سال 2014 اعلام شد، که بهبودهای مختلف را در مشخصات منتشر شده PCI Express 3.0 در سه زمینه ادغام کرد: مدیریت انرژی، عملکرد و عملکرد. در نوامبر 2014 منتشر شد.

• PCI Express 4.0

در 29 نوامبر 2011، PCI-SIG به طور مقدماتی PCI Express 4.0 را معرفی کرد، با ارائه نرخ بیت 16GT/s که پهنای باند ارائه شده توسط PCI Express 3.0 را به 31.5 گیگابایت بر ثانیه در هر جهت برای پیکربندی 16 خطی دو برابر می‌کند، در حالی که به نسل عقب و سازگاری بانسل جلو در پشتیبانی از نرم افزار و رابط مکانیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. مشخصات PCI Express 4.0 نیز OCuLink-2 را جایگزین Thunderbolt می‌کند. OCuLink نسخه 2 تا 16GT/s (در مجموع 16 گیگابایت در ثانیه برای خطوط x8) دارد، در حالی که حداکثر پهنای باند پیوند Thunderbolt 3 5 گیگابایت بر ثانیه است. در ژوئن 2016 Cadence، PLDA و Synopsys لایه فیزیکی PCIe 4.0، کنترلر، سوئیچ و سایر بلوک های IP را در کنفرانس سالانه توسعه دهندگان PCI SIG به نمایش گذاشتند. Mellanox Technologies اولین آداپتور شبکه 100 گیگابیت بر ثانیه را با PCIe 4.0 در 15 و 2016 معرفی کرد. اولین آداپتور شبکه 200 گیگابیت بر ثانیه با PCIe 4.0 در 10 نوامبر 2016. در آگوست 2016، Synopsys یک راه‌اندازی آزمایشی با FPGA ارائه کرد که یک خط به سرعت PCIe 4.0 را در انجمن توسعه‌دهندگان اینتل تعیین می‌کرد. IP آنها به چندین شرکت مجوز داده شده است که قصد دارند تراشه ها و محصولات خود را در پایان سال 2016 ارائه کنند. در سمپوزیوم IEEE Hot Chips Symposium در آگوست 2016، IBM اولین CPU با پشتیبانی از PCIe 4.0، POWER9 را معرفی کرد. PCI-SIG به طور رسمی انتشار آخرین مشخصات PCI Express 4.0 را در 8 ژوئن 2017 اعلام کرد. این مشخصات شامل بهبودهایی در انعطاف‌پذیری، مقیاس‌پذیری و مصرف کمتر است. در 5 دسامبر 2017، IBM اولین سیستم با اسلات PCIe 4.0 را معرفی کرد، Power AC922.NETINT Technologies اولین NVMe SSD مبتنی بر PCIe 4.0 را در 17 ژوئیه 2018، قبل از برگزاری اجلاس Flash Memory Summit 2018 معرفی کرد. AMD در 9 ژانویه 2019 اعلام کرد که پردازنده های آینده مبتنی بر Zen 2 و چیپست X570 از PCIe 4.0 پشتیبانی خواهند کرد. AMD امیدوار بود که پشتیبانی جزئی از چیپست‌های قدیمی‌تر را فعال کند، اما بی‌ثباتی ناشی از عدم انطباق ردپای مادربرد با مشخصات PCIe 4.0 این امر را غیرممکن کرد. اینتل اولین پردازنده‌های موبایل خود را با پشتیبانی از PCI Express 4.0 در اواسط سال 2020 به عنوان بخشی از Tiger Lake منتشر کرد.

• PCI Express 5.0

در ژوئن 2017، PCI-SIG مشخصات اولیه PCI Express 5.0 را اعلام کرد. انتظار می‌رفت پهنای باند به 32GT/s افزایش یابد و در هر جهت در 16 خط، 63 گیگابایت بر ثانیه تولید شود. پیکربندی انتظار می‌رفت این پیش‌نویس در سال 2019 استاندارد شود.[نیازمند منبع] در ابتدا، 25.0 GT/s نیز برای امکان‌سنجی فنی در نظر گرفته شد. در 7 ژوئن 2017 در PCI-SIG DevCon، Synopsys اولین نمایش PCI Express 5.0 را با سرعت 32GT/s ثبت کرد.

در 31 مه 2018، PLDA در دسترس بودن IP کنترلر XpressRICH5 PCIe 5.0 خود را بر اساس پیش نویس 0.5 مشخصات PCIe اعلام کرد. در 10 دسامبر 2018، PCI SIG نسخه 0.9 مشخصات PCIe 5.0 را برای اعضای خود منتشر کرد و در 17 ژانویه 2019، PCI SIG اعلام کرد که نسخه 0.9 تأیید شده است و نسخه 1.0 برای انتشار در سه ماهه اول سال 2019 در نظر گرفته شده است. 29 مه 2019، PCI-SIG رسماً انتشار آخرین مشخصات PCI Express 5.0 را اعلام کرد. در 20 نوامبر 2019، Jiangsu Huacun اولین کنترلر PCIe 5.0 HC9001 را در فرآیند تولید 12 نانومتری ارائه کرد. تولید در سال 2020 آغاز شد. در 17 آگوست 2020، IBM پردازنده Power10 را با PCIe 5.0 و حداکثر 32 خط در هر ماژول تک تراشه (SCM) و حداکثر 64 خط در هر ماژول دو تراشه (DCM) معرفی کرد. در 9 سپتامبر 2021، IBM سرور Power E1080 Enterprise را با تاریخ در دسترس بودن برنامه ریزی شده 17 سپتامبر اعلام کرد. این می‌تواند تا 16 SCM Power10 با حداکثر 32 اسلات در هر سیستم داشته باشد که می‌تواند به عنوان PCIe 5.0 x8 یا PCIe 4.0 x16 عمل کند. همچنین می‌توان از آنها به عنوان اسلات PCIe 5.0 x16 برای آداپتورهای مبدل نوری CXP استفاده کرد که به کشوهای توسعه PCIe خارجی متصل می‌شوند. در 27 اکتبر 2021، اینتل نسل دوازدهم خانواده پردازنده‌های مرکزی Intel Core را معرفی کرد، اولین پردازنده‌های مصرف‌کننده x86-64 در جهان با اتصال PCIe 5.0 (تا 16 خط). در 22 مارس 2022، انویدیا GPU Nvidia Hopper GH100 را معرفی کرد، اولین پردازنده گرافیکی PCIe 5.0 در جهان. در 23 مه 2022، AMD معماری Zen 4 خود را با پشتیبانی از حداکثر 24 خط اتصال PCIe 5.0 در پلتفرم های مصرف کننده و 128 خط در پلت فرم های سرور معرفی کرد.

• PCI Express 6.0

در 18 ژوئن 2019، PCI-SIG توسعه مشخصات PCI Express 6.0 را اعلام کرد. انتظار می‌رود پهنای باند به 64GT/s افزایش یابد و در هر جهت 128 گیگابایت بر ثانیه در پیکربندی 16 خط تولید کند، با تاریخ انتشار هدف 2021. استاندارد جدید از مدولاسیون دامنه پالس 4 سطحی (PAM-4) استفاده می‌کند. با یک تصحیح خطای رو به جلو با تاخیر کم (FEC) به جای مدولاسیون بدون بازگشت به صفر (NRZ). برخلاف نسخه‌های قبلی PCI Express، تصحیح خطای فوروارد برای افزایش یکپارچگی داده‌ها و PAM-4 به عنوان کد خط استفاده می‌شود تا دو بیت در هر انتقال منتقل شوند. با سرعت انتقال داده 64GT/s (نرخ بیت خام)، تا 121 گیگابایت بر ثانیه در هر جهت در پیکربندی x16 امکان پذیر است. در 24 فوریه 2020، مشخصات PCI Express 6.0 revision 0.5 ("نخستین پیش نویس" با تمام جنبه های معماری و الزامات تعریف شده) منتشر شد. در 5 نوامبر 2020، مشخصات PCI Express 6.0 revision 0.7 ("پیش نویس کامل" با مشخصات الکتریکی تایید شده از طریق تراشه های آزمایشی) منتشر شد. در 6 اکتبر 2021، مشخصات نسخه 0.9 PCI Express 6.0 ("پیش نویس نهایی") منتشر شد. در 11 ژانویه 2022، PCI-SIG رسما انتشار مشخصات نهایی PCI Express 6.0 را اعلام کرد. در 18 مارس 2024، انویدیا Nvidia را معرفی کرد. GPU Blackwell GB100، اولین پردازنده گرافیکی PCIe 6.0 در جهان. کدگذاری PAM-4 منجر به نرخ خطای بیت بسیار بالاتر (BER) 10-6 (در مقابل 10-12 قبلی) می‌شود، بنابراین به جای رمزگذاری 128b/130b، از یک تصحیح خطای رو به جلو سه طرفه (FEC) استفاده می‌شود. علاوه بر بررسی افزونگی چرخه ای (CRC). یک بلوک ثابت 256 بایتی واحد کنترل جریان (FLIT) 242 بایت داده را حمل می‌کند که شامل بسته های سطح تراکنش با اندازه متغیر (TLP) و بارگذاری لایه پیوند داده (DLLP) است. 14 بایت باقیمانده برای 8 بایت CRC و 6 بایت FEC. کد خاکستری 3 جهته در حالت PAM-4/FLIT برای کاهش میزان خطا استفاده می‌شود. این رابط به کد NRZ و 128/130b تغییر نمی‌کند، حتی در هنگام آموزش مجدد به نرخ داده پایین تر.

• PCI Express 7.0

در 21 ژوئن 2022، PCI-SIG توسعه مشخصات PCI Express 7.0 را اعلام کرد. با استفاده از سیگنال PAM4 مشابه نسخه 6.0، نرخ بیت خام 128GT/s و حداکثر 242 گیگابایت بر ثانیه در هر جهت را در پیکربندی x16 ارائه خواهد کرد. دوبرابر کردن نرخ داده با تنظیم دقیق پارامترهای کانال برای کاهش تلفات سیگنال و بهبود بازده انرژی حاصل می‌شود، اما انتظار می‌رود یکپارچگی سیگنال یک چالش باشد. انتظار می‌رود این مشخصات در سال 2025 نهایی شود. در 2 آوریل 2024، PCI-SIG انتشار مشخصات PCIe 7.0 نسخه 0.5 را اعلام کرد. PCI Express 7.0 همچنان در مسیر عرضه در سال 2025 است.

برنامه های افزودنی و جهت گیری های آینده

برخی از فروشندگان، PCIe را روی محصولات فیبر، با کابل‌های نوری فعال (AOC) برای سوئیچینگ PCIe در فاصله افزایش‌یافته در کشوهای توسعه PCIe ارائه می‌کنند، یا در موارد خاصی که پل‌سازی شفاف PCIe به استفاده از استانداردهای رایج‌تر (مانند InfiniBand یا اترنت) ترجیح داده می‌شود. ممکن است برای پشتیبانی از آن به نرم افزار اضافی نیاز داشته باشد. Thunderbolt توسط اینتل و اپل به عنوان یک رابط پرسرعت همه منظوره که پیوند منطقی PCIe را با DisplayPort ترکیب می‌کند، توسعه داده شد و در ابتدا به عنوان یک رابط تمام فیبر در نظر گرفته شده بود، اما به دلیل مشکلات اولیه در ایجاد یک اتصال فیبر پسند مصرف‌کننده، تقریباً تمام پیاده سازی ها سیستم های مسی هستند. یک استثنای قابل توجه، Sony VAIO Z VPC-Z2، از یک درگاه USB غیر استاندارد با یک قطعه نوری برای اتصال به آداپتور صفحه نمایش PCIe بیرونی استفاده می‌کند. اپل تا سال 2011 محرک اصلی پذیرش Thunderbolt بوده است، اگرچه چندین فروشنده دیگر، محصولات و سیستم های جدیدی را با Thunderbolt اعلام کرده اند. Thunderbolt 3 اساس استاندارد USB4 را تشکیل می‌دهد. مشخصات موبایل PCIe (مخفف M-PCIe) به معماری PCI Express اجازه می‌دهد تا بر روی فناوری لایه فیزیکی M-PHY اتحاد MIPI کار کند. Mobile PCIe با تکیه بر پذیرش گسترده M-PHY و طراحی کم مصرف آن، به دستگاه های تلفن همراه اجازه می‌دهد از PCI Express استفاده کنند.

• Draft process

در مشخصات PCI-SIG 5 نسخه اولیه/نقطه بازرسی وجود دارد:

1. پیش نویس 0.3 (مفهوم): این نسخه ممکن است جزئیات کمی داشته باشد، اما رویکرد کلی و اهداف را مشخص می‌کند.
2. پیش نویس 0.5 (نسخه اول): این نسخه دارای مجموعه کاملی از الزامات معماری است و باید به طور کامل به اهداف تعیین شده در پیش نویس 0.3 بپردازد.
3. پیش نویس 0.7 (پیش نویس کامل): این نسخه باید مجموعه کاملی از الزامات کاربردی و روش های تعریف شده داشته باشد و پس از این نسخه هیچ قابلیت جدیدی به مشخصات اضافه نشود. قبل از انتشار این پیش نویس، مشخصات الکتریکی باید از طریق سیلیکون آزمایشی تایید شده باشد.
4. پیش نویس 0.9 (پیش نویس نهایی): این نسخه به شرکت های عضو PCI-SIG اجازه می‌دهد تا یک بررسی داخلی برای مالکیت معنوی انجام دهند و هیچ تغییر عملکردی پس از این پیش نویس مجاز نیست.
5. 1.0 (نسخه نهایی): این مشخصات نهایی و قطعی است و هرگونه تغییر یا پیشرفت به ترتیب از طریق مستندات Errata و اعلامیه های تغییر مهندسی (ECNs) است.

از لحاظ تاریخی، اولین پذیرندگان مشخصات جدید PCIe معمولاً طراحی را با پیش نویس 0.5 آغاز می‌کنند، زیرا می‌توانند با اطمینان منطق برنامه خود را حول تعریف پهنای باند جدید ایجاد کنند و اغلب حتی شروع به توسعه برای هر ویژگی پروتکل جدید می‌کنند. با این حال، در مرحله پیش‌نویس 0.5، هنوز احتمال زیادی برای تغییرات در اجرای لایه پروتکل PCIe وجود دارد، بنابراین طراحانی که مسئول توسعه داخلی این بلوک‌ها هستند، ممکن است نسبت به کسانی که از IP رابط از منابع خارجی استفاده می‌کنند، برای شروع کار تردید بیشتری داشته باشند.

خلاصه پروتکل سخت افزاری

پیوند PCIe حول زوج های اختصاصی یک طرفه از اتصالات سریال (1 بیتی) نقطه به نقطه معروف به خطوط ساخته شده است. این در تضاد شدید با اتصال PCI قبلی است، که یک سیستم مبتنی بر گذرگاه است که در آن همه دستگاه‌ها از یک گذرگاه موازی دو طرفه، 32 بیتی یا 64 بیتی مشترک استفاده می‌کنند. PCI Express یک پروتکل لایه‌ای است که از یک لایه تراکنش تشکیل شده است. یک لایه پیوند داده و یک لایه فیزیکی. لایه پیوند داده برای شامل یک زیرلایه کنترل دسترسی رسانه (MAC) تقسیم می‌شود. لایه فیزیکی به زیر لایه های منطقی و الکتریکی تقسیم می‌شود. زیرلایه منطقی فیزیکی شامل یک زیرلایه کدگذاری فیزیکی (PCS) است. این اصطلاحات از مدل پروتکل شبکه IEEE 802 به عاریت گرفته شده اند.

• Physical layer

مشخصات لایه فیزیکی PCIe (PHY، PCIEPHY، PCI Express PHY یا PCIe PHY) به دو لایه فرعی تقسیم می‌شود. مطابق با مشخصات الکتریکی و منطقی. زیرلایه منطقی گاهی اوقات به یک زیرلایه MAC و یک PCS تقسیم می‌شود، اگرچه این تقسیم به طور رسمی بخشی از مشخصات PCIe نیست. مشخصات منتشر شده توسط اینتل، رابط PHY برای PCI Express (PIPE)، [120] پارتیشن بندی عملکردی MAC/PCS و رابط بین این دو لایه فرعی را تعریف می‌کند. مشخصات PIPE همچنین لایه پیوست رسانه فیزیکی (PMA) را شناسایی می‌کند که شامل سریال ساز/درسیالیزر (SerDes) و دیگر مدارهای آنالوگ است. با این حال، از آنجایی که پیاده سازی SerDes در میان فروشندگان ASIC بسیار متفاوت است، PIPE یک رابط بین PCS و PMA را مشخص نمی‌کند.

در سطح الکتریکی، هر خط متشکل از دو جفت دیفرانسیل تک جهتی است که بسته به قابلیت‌های مورد مذاکره، با سرعت‌های 2.5، 5، 8، 16 یا 32 گیگابیت بر ثانیه کار می‌کنند. انتقال و دریافت جفت های دیفرانسیل جداگانه هستند، در مجموع چهار سیم داده در هر خط. اتصال بین هر دو دستگاه PCIe به عنوان یک پیوند شناخته می‌شود و از مجموعه ای از یک یا چند خط ساخته می‌شود. همه دستگاه ها باید حداقل از پیوند تک خط (x1) پشتیبانی کنند. دستگاه‌ها ممکن است به صورت اختیاری از پیوندهای گسترده‌تر متشکل از حداکثر 32 خط پشتیبانی کنند.

این امکان سازگاری بسیار خوبی را از دو طریق فراهم می‌کند:

1. یک کارت PCIe از نظر فیزیکی در هر شکافی که حداقل به اندازه آن بزرگ است (به عنوان مثال، یک کارت با اندازه x1 در هر شکاف اندازه ای کار می‌کند) جا می‌گیرد (و به درستی کار می‌کند).
2. یک شکاف با اندازه فیزیکی بزرگ (مثلا x16) را می‌توان به صورت الکتریکی با خطوط کمتر (مثلاً x1، x4، x8 یا x12) سیم کشی کرد تا زمانی که اتصالات زمین مورد نیاز برای اندازه شکاف فیزیکی بزرگتر را فراهم کند.

در هر دو مورد، PCIe بالاترین تعداد خطوط پشتیبانی شده را انجام می‌دهد. بسیاری از کارت‌های گرافیک، مادربردها و نسخه‌های بایوس برای پشتیبانی از اتصال x1، x4، x8 و x16 در یک اتصال تأیید شده‌اند. عرض یک کانکتور PCIe 8.8 میلی متر است، در حالی که ارتفاع آن 11.25 میلی متر است و طول آن متغیر است. طول بخش ثابت کانکتور 11.65 میلی متر است و شامل دو ردیف 11 پین است (در مجموع 22 پین)، در حالی که طول بخش دیگر بسته به تعداد خطوط متغیر است. پین ها در فواصل 1 میلی متری قرار گرفته اند و ضخامت کارت ورودی به کانکتور 1.6 میلی متر است.

• انتقال داده

PCIe تمام پیام‌های کنترلی، از جمله وقفه‌ها را از طریق پیوندهایی که برای داده‌ها استفاده می‌شوند، ارسال می‌کند. پروتکل سریال هرگز نمی‌تواند مسدود شود، بنابراین تأخیر هنوز با PCI معمولی که دارای خطوط وقفه اختصاصی است قابل مقایسه است. هنگامی که مشکل اشتراک گذاری IRQ وقفه های مبتنی بر پین در نظر گرفته شود و این واقعیت که وقفه های سیگنال دهی پیام (MSI) می‌توانند یک APIC I/O را دور بزنند و مستقیماً به CPU تحویل داده شوند، عملکرد MSI به طور قابل ملاحظه ای بهتر می‌شود. داده های ارسال شده بر روی لینک های چند خطی به هم متصل می‌شوند، به این معنی که هر بایت متوالی به خطوط متوالی ارسال می‌شود. مشخصات PCIe به این interleaving به عنوان نوار داده اشاره می‌کند. در حالی که نیاز به پیچیدگی سخت‌افزاری قابل توجهی برای همگام‌سازی (یا Deskew) داده‌های راه راه دریافتی دارد، striping می‌تواند به طور قابل توجهی تأخیر n بایت را در یک پیوند کاهش دهد. در حالی که خطوط به طور دقیق همگام نیستند، محدودیتی برای انحراف از خط به خط 20/8/6 ns برای 2.5/5/8 GT/s وجود دارد، بنابراین بافرهای سخت افزاری می‌توانند داده های راه راه را مجدداً تراز کنند. به دلیل نیاز به بالشتک. striping ممکن است لزوماً تأخیر بسته های داده کوچک را در یک پیوند کاهش ندهد.

همانند سایر پروتکل‌های انتقال سریال با سرعت بالا، ساعت در سیگنال تعبیه شده است. در سطح فیزیکی، PCI Express 2.0 از طرح رمزگذاری 8b/10b (کد خط) استفاده می‌کند تا اطمینان حاصل کند که رشته‌هایی از ارقام متوالی یکسان (صفر یا یک) دارای طول محدود هستند. این کدگذاری برای جلوگیری از از دست دادن مسیر لبه های بیت توسط گیرنده مورد استفاده قرار گرفت. در این طرح کدگذاری، هر هشت بیت محموله (کد نشده) داده با 10 بیت (کدگذاری شده) داده انتقالی جایگزین می‌شود که باعث افزایش 20 درصدی در پهنای باند الکتریکی می‌شود. برای بهبود پهنای باند موجود، نسخه 3.0 PCI Express از کدگذاری 128b/130b (1.54 درصد سربار) استفاده می‌کند. رمزگذاری خط طول اجرای رشته های رقمی یکسان را در جریان های داده محدود می‌کند و تضمین می‌کند که گیرنده از طریق بازیابی ساعت با فرستنده هماهنگ می‌شود. تعادل مطلوب (و در نتیجه چگالی طیفی) 0 و 1 بیت در جریان داده با XOR کردن یک چند جمله ای باینری شناخته شده به عنوان یک "درهم کننده" به جریان داده در یک توپولوژی بازخورد به دست می‌آید. از آنجایی که چند جمله ای درهم سازی شناخته شده است، داده ها را می‌توان با اعمال XOR برای بار دوم بازیابی کرد. هر دو مرحله درهم کردن و رمزگشایی در سخت افزار انجام می‌شود. دو سیمپلکس در PCIe به این معنی است که دو کانال سیمپلکس در هر خط PCIe وجود دارد. Simplex یعنی ارتباط فقط در یک جهت امکان پذیر است. با داشتن دو کانال سیمپلکس ارتباط دو طرفه امکان پذیر می‌شود. برای هر کانال یک جفت دیفرانسیل استفاده می‌شود.

• لایه پیوند داده

لایه پیوند داده سه سرویس حیاتی را برای پیوند PCIe انجام می‌دهد:

1. توالی بسته های لایه تراکنش (TLP) که توسط لایه تراکنش تولید می‌شوند،
2. اطمینان از تحویل قابل اعتماد TLP ها بین دو نقطه پایانی از طریق یک پروتکل تایید (سیگنالینگ ACK و NAK) که به صراحت نیاز به پخش مجدد TLP های تایید نشده/بد دارد،
3. راه اندازی و مدیریت اعتبارات کنترل جریان

در سمت انتقال، لایه پیوند داده یک عدد دنباله افزایشی برای هر TLP خروجی ایجاد می‌کند. این به عنوان یک برچسب شناسایی منحصر به فرد برای هر TLP ارسال شده عمل می‌کند و در هدر TLP خروجی درج می‌شود. یک کد بررسی افزونگی چرخه ای 32 بیتی (که در این زمینه به عنوان Link CRC یا LCRC شناخته می‌شود) نیز به انتهای هر TLP خروجی اضافه می‌شود. در سمت دریافت، LCRC و شماره دنباله TLP دریافتی هر دو در لایه پیوند تأیید می‌شوند. اگر بررسی LCRC ناموفق باشد (که نشان دهنده یک خطای داده است)، یا شماره دنباله خارج از محدوده باشد (غیر متوالی از آخرین TLP معتبر دریافت شده)، آنگاه TLP بد، و همچنین هر TLP دریافت شده پس از TLP بد، نامعتبر تلقی می‌شوند و کنار گذاشته می‌شوند. گیرنده یک پیام تأیید منفی (NAK) با شماره دنباله TLP نامعتبر ارسال می‌کند و درخواست ارسال مجدد همه TLP ها را به جلوی آن شماره دنباله می‌دهد. اگر TLP دریافتی از بررسی LCRC عبور کند و شماره ترتیب صحیحی داشته باشد، معتبر تلقی می‌شود. گیرنده پیوند، شماره دنباله را افزایش می‌دهد (که آخرین TLP خوب دریافتی را ردیابی می‌کند)، و TLP معتبر را به لایه تراکنش گیرنده ارسال می‌کند. یک پیام ACK به فرستنده راه دور ارسال می‌شود که نشان می‌دهد TLP با موفقیت دریافت شده است (و با گسترش، همه TLP‌ها با شماره‌های توالی گذشته.) اگر فرستنده یک پیام NAK دریافت کند، یا هیچ تاییدیه ای (NAK یا ACK) تا زمان انقضای مدت زمان دریافت نشود، فرستنده باید تمام TLP هایی را که فاقد تایید مثبت (ACK) هستند، مجددا ارسال کند. با جلوگیری از نقص مداوم دستگاه یا رسانه انتقال، لایه پیوند یک اتصال قابل اعتماد به لایه تراکنش ارائه می‌دهد، زیرا پروتکل انتقال تحویل TLP ها را بر روی یک رسانه غیرقابل اطمینان تضمین می‌کند. لایه پیوند داده علاوه بر ارسال و دریافت TLP های تولید شده توسط لایه تراکنش، بسته های لایه پیوند داده (DLLP) را نیز تولید و مصرف می‌کند. سیگنال‌های ACK و NAK از طریق DLLPها و همچنین برخی از پیام‌های مدیریت توان و اطلاعات اعتبار کنترل جریان (از طرف لایه تراکنش) ارتباط برقرار می‌کنند. در عمل، تعداد TLP های تایید نشده در طول پرواز در پیوند توسط دو عامل محدود می‌شود: اندازه بافر پخش مجدد فرستنده (که باید یک کپی از تمام TLP های ارسالی را ذخیره کند تا زمانی که گیرنده از راه دور آنها را ACK کند)، و کنترل جریان. اعتبارات صادر شده توسط گیرنده برای فرستنده. PCI Express از همه گیرنده‌ها می‌خواهد که حداقل تعداد اعتبار را صادر کنند، تا تضمین شود که یک پیوند اجازه ارسال PCIconfig TLP و پیام TLP را می‌دهد.

• لایه تراکنش

PCI Express تراکنش‌های تقسیم‌شده را پیاده‌سازی می‌کند (معاملات با درخواست و پاسخ به تفکیک زمان)، به پیوند اجازه می‌دهد تا ترافیک دیگری را در حالی که دستگاه هدف داده‌ها را برای پاسخ جمع‌آوری می‌کند، حمل کند.PCI Express از کنترل جریان مبتنی بر اعتبار استفاده می‌کند. در این طرح، یک دستگاه مقدار اولیه اعتبار را برای هر بافر دریافتی در لایه تراکنش خود تبلیغ می‌کند. دستگاهی که در انتهای لینک قرار دارد، هنگام ارسال تراکنش به این دستگاه، تعداد اعتباراتی را که هر TLP از حساب خود مصرف می‌کند، محاسبه می‌کند. دستگاه فرستنده تنها زمانی ممکن است یک TLP ارسال کند که با انجام این کار تعداد اعتبار مصرفی آن از حد اعتبار خود بیشتر نشود. هنگامی که دستگاه دریافت کننده پردازش TLP را از بافر خود به پایان می‌رساند، سیگنال بازگشت اعتبار به دستگاه فرستنده را می‌دهد که محدودیت اعتبار را با مقدار بازیابی شده افزایش می‌دهد. شمارنده های اعتباری، شمارنده های مدولار هستند و مقایسه اعتبارات مصرف شده با حد اعتبار، نیازمند محاسبات مدولار است. مزیت این طرح (در مقایسه با روش‌های دیگر مانند حالت‌های انتظار یا پروتکل‌های انتقال مبتنی بر دست دادن) این است که تأخیر بازگشت اعتبار بر عملکرد تأثیر نمی‌گذارد، مشروط بر اینکه با محدودیت اعتبار مواجه نشود. اگر هر دستگاه با اندازه های بافر کافی طراحی شده باشد، این فرض به طور کلی برآورده می‌شود.

PCIe 1.x اغلب برای پشتیبانی از نرخ داده 250 مگابایت بر ثانیه در هر جهت، در هر خط نقل شده است. این رقم یک محاسبه از نرخ سیگنال دهی فیزیکی (2.5 گیگاباد) تقسیم بر سربار رمزگذاری (10 بیت در هر بایت) است. این بدان معناست که یک کارت PCIe شانزده لاین (x16) از نظر تئوری قادر به سرعت 16x250 مگابایت بر ثانیه = 4 گیگابایت بر ثانیه در هر جهت خواهد بود. در حالی که این از نظر بایت داده صحیح است، محاسبات معنی دار تری بر اساس نرخ بار داده قابل استفاده است که به نمایه ترافیک بستگی دارد، که تابعی از برنامه های سطح بالا (نرم افزار) و سطوح پروتکل میانی است. مانند سایر سیستم‌های اتصال سریال با سرعت داده بالا، PCIe به دلیل استحکام بیشتر انتقال (CRC و تأییدیه‌ها) دارای پروتکل و سربار پردازش است. انتقال‌های طولانی مدت یک طرفه (مانند موارد معمول در کنترل‌کننده‌های ذخیره‌سازی با کارایی بالا) می‌تواند به بیش از 95 درصد از نرخ داده خام (خط) PCIe نزدیک شود. این انتقال‌ها همچنین از افزایش تعداد خطوط (x2، x4، و غیره) بیشترین سود را می‌برند، اما در برنامه‌های معمولی (مانند کنترل‌کننده USB یا اترنت)، مشخصات ترافیک به عنوان بسته‌های داده کوتاه با تأییدیه‌های اجباری مکرر مشخص می‌شود. ترافیک به دلیل سربار تجزیه بسته ها و وقفه های اجباری (چه در رابط میزبان دستگاه یا در CPU رایانه شخصی) کارایی پیوند را کاهش می‌دهد. به عنوان یک پروتکل برای دستگاه های متصل به یک برد مدار چاپی، به همان تلورانس برای خطاهای انتقال مانند یک پروتکل برای ارتباط در فواصل طولانی تر نیاز ندارد، و بنابراین، این کاهش کارایی مخصوص PCIe نیست.

• کارایی لینک

همانطور که برای هر پیوند ارتباطی "شبیه شبکه"، برخی از پهنای باند "خام" توسط سربار پروتکل مصرف می‌شود: برای مثال یک خط PCIe 1.x نرخ داده را در بالای لایه فیزیکی 250 مگابایت بر ثانیه (ساده) ارائه می‌دهد. این پهنای باند محموله نیست، بلکه پهنای باند لایه فیزیکی است – یک خط PCIe باید اطلاعات اضافی را برای عملکرد کامل حمل کند.

سربار Gen2 در هر تراکنش 20، 24 یا 28 بایت است.

سربار Gen3 در هر تراکنش 22، 26 یا 30 بایت است.

برنامه های کاربردی

PCI Express در کاربردهای مصرف‌کننده، سرور و صنعتی، به‌عنوان یک اتصال داخلی در سطح مادربرد (برای اتصال لوازم جانبی نصب‌شده بر روی مادربرد)، یک اتصال داخلی پسیو پسیو و به‌عنوان رابط کارت توسعه برای بردهای افزودنی کار می‌کند. تقریباً در تمام رایانه‌های شخصی مدرن (از سال 2012)، از لپ‌تاپ‌های مصرف‌کننده و رایانه‌های رومیزی گرفته تا سرورهای داده سازمانی، گذرگاه PCIe به‌عنوان اتصال اصلی در سطح مادربرد عمل می‌کند و سیستم-پردازنده میزبان را با هر دو دستگاه جانبی یکپارچه (IC‌های سطحی) وصل می‌کند. لوازم جانبی جانبی (کارت های توسعه). در اکثر این سیستم‌ها، گذرگاه PCIe با یک یا چند گذرگاه PCI قدیمی، برای سازگاری با بدنه بزرگ تجهیزات جانبی PCI قدیمی، هم‌زمان است. از سال 2013، PCI Express جایگزین AGP به عنوان رابط پیش فرض برای کارت های گرافیک در سیستم های جدید شده است. تقریباً تمام مدل‌های کارت‌های گرافیکی که از سال 2010 توسط AMD (ATI) و Nvidia منتشر شده‌اند، از PCI Express استفاده می‌کنند. انویدیا از انتقال داده با پهنای باند بالا PCIe برای فناوری Scalable Link Interface (SLI) خود استفاده کرد، که به چندین کارت گرافیک از یک چیپست و شماره مدل اجازه می‌داد پشت سر هم اجرا شوند و به افزایش کارایی اجازه می‌دهد.، متوقف شد. AMD همچنین یک سیستم چند GPU مبتنی بر PCIe به نام CrossFire توسعه داده است. [نیازمند منبع] AMD، Nvidia و Intel چیپ‌ست‌های مادربردی را منتشر کرده‌اند که از چهار اسلات PCIe x16 پشتیبانی می‌کند و امکان پیکربندی‌های کارت سه‌گانه و چهار GPU را فراهم می‌کند.

• External GPUs

از نظر تئوری، PCIe خارجی می‌تواند با اتصال یک نوت بوک به هر کارت گرافیکی رومیزی PCIe (محصور در محفظه خارجی خود، با منبع تغذیه و خنک کننده) قدرت گرافیکی یک دسکتاپ را به نوت بوک بدهد. این با رابط ExpressCard یا Thunderbolt امکان پذیر است. رابط ExpressCard نرخ بیت 5 گیگابیت بر ثانیه (0.5 گیگابیت بر ثانیه توان خروجی) را ارائه می‌دهد، در حالی که رابط تاندربولت نرخ بیت تا 40 گیگابیت بر ثانیه (5 گیگابایت بر ثانیه توان خروجی) را ارائه می‌دهد.

در سال 2006، انویدیا خانواده پردازنده‌های گرافیکی PCIe خارجی Quadro Plex را توسعه داد که می‌توان از آنها برای برنامه‌های گرافیکی پیشرفته برای بازار حرفه‌ای استفاده کرد.[132] این کارت‌های ویدئویی به یک اسلات PCI Express x8 یا x16 برای کارت سمت میزبان نیاز دارند که از طریق VHDCI دارای هشت خط PCIe به Plex متصل می‌شود.

در سال 2008، AMD فناوری ATI XGP را بر اساس یک سیستم کابل کشی اختصاصی که با انتقال سیگنال PCIe x8 سازگار است، معرفی کرد. این کانکتور در نوت بوک های Fujitsu Amilo و Acer Ferrari One موجود است. فوجیتسو بلافاصله پس از آن، محفظه AMILO GraphicBooster خود را برای XGP راه اندازی کرد. در حدود سال 2010 ایسر داک گرافیکی Dynavivid را برای XGP راه اندازی کرد. در سال 2010 هاب های کارت خارجی معرفی شدند که می‌توانند از طریق اسلات PCI ExpressCard به لپ تاپ یا دسکتاپ متصل شوند. این هاب ها می‌توانند کارت های گرافیکی با اندازه کامل را بپذیرند. مثال‌ها عبارتند از MSI GUS، ViDock's Village Instrument، [138] Asus XG Station، آداپتور Bplus PE4H V3.2، و همچنین دستگاه‌های بداهه‌تر DIY. با این حال چنین راه حل هایی با اندازه (اغلب فقط x1) و نسخه اسلات PCIe موجود در لپ تاپ محدود می‌شوند. رابط تاندربولت اینتل گزینه جدیدی را برای اتصال خارجی با کارت PCIe ارائه کرده است. Magma ExpressBox 3T را منتشر کرده است که می‌تواند تا سه کارت PCIe (دو عدد در x8 و یکی در x4) را در خود جای دهد. MSI همچنین Thunderbolt GUS II را منتشر کرد، یک شاسی PCIe که مخصوص کارت های ویدئویی است. محصولات دیگری مانند Sonnet's Echo Express و mLink mLogic شاسی Thunderbolt PCIe در شکل کوچکتر است. در سال 2017 هاب های کارت خارجی با ویژگی های کامل تری مانند Razer Core معرفی شدند که دارای رابط تمام قد PCIe x16 است.

• Storage devices

پروتکل PCI Express را می‌توان به عنوان رابط داده برای دستگاه های حافظه فلش، مانند کارت های حافظه و درایوهای حالت جامد (SSD) استفاده کرد.  کارت XQD یک فرمت کارت حافظه با استفاده از PCI Express است که توسط انجمن CompactFlash ساخته شده است و سرعت انتقال آن تا 1 گیگابایت بر ثانیه است. بسیاری از SSD های با کارایی بالا و کلاس سازمانی به عنوان کارت های کنترل کننده RAID PCI Express طراحی شده اند. آنها در مقایسه با درایوهای Serial ATA یا SAS دارای نرخ انتقال بسیار بالاتر (بیش از 1 گیگابایت بر ثانیه) و IOPS (بیش از یک میلیون عملیات ورودی/خروجی در ثانیه) بودند. کنترل کننده درایو حالت جامد PCI Express برای یک اسلات PCI Express 3.0 x16 با حداکثر ظرفیت 12 ترابایت و عملکرد انتقال متوالی 7.2 گیگابایت بر ثانیه و تا 2.52 میلیون IOPS در انتقال تصادفی.SATA Express رابطی برای اتصال SSD ها از طریق پورت های سازگار با SATA بود، که به صورت اختیاری چندین مسیر PCI Express را به عنوان یک اتصال PCI Express خالص به دستگاه ذخیره سازی متصل ارائه می‌کرد. از چندین خط PCI Express استفاده می‌کند.

دستگاه‌های ذخیره‌سازی PCI Express می‌توانند هم رابط منطقی AHCI را برای سازگاری به عقب و هم رابط منطقی NVM Express را برای عملیات ورودی/خروجی بسیار سریع‌تر که با استفاده از موازی‌سازی داخلی ارائه شده توسط چنین دستگاه‌هایی ارائه می‌شوند، پیاده‌سازی کنند. SSD های کلاس Enterprise نیز می‌توانند SCSI را از طریق PCI Express پیاده سازی کنند.

• Cluster interconnect

برخی از برنامه‌های مرکز داده (مانند خوشه‌های کامپیوتری بزرگ) به دلیل محدودیت‌های فاصله ذاتی در کابل‌کشی مسی، نیاز به استفاده از اتصالات فیبر نوری دارند. به طور معمول، یک استاندارد شبکه گرا مانند اترنت یا کانال فیبر برای این برنامه ها کافی است، اما در برخی موارد سربار معرفی شده توسط پروتکل های مسیریابی نامطلوب است و به یک اتصال سطح پایین تر مانند InfiniBand، RapidIO یا NUMAlink نیاز است. استانداردهای باس محلی مانند PCIe و HyperTransport اصولاً می‌توانند برای این منظور مورد استفاده قرار گیرند، اما از سال 2015، راه حل ها فقط از فروشندگان خاص مانند Dolphin ICS و TTTech Auto در دسترس هستند.

• Competing protocols

سایر استانداردهای ارتباطی مبتنی بر معماری های سریال با پهنای باند بالا عبارتند از InfiniBand، RapidIO، HyperTransport، Intel QuickPath Interconnect، رابط پردازشگر صنعت موبایل (MIPI) و NVLink. تفاوت ها بر اساس مبادله بین انعطاف پذیری و گسترش پذیری در مقابل تأخیر و سربار است. به‌عنوان‌مثال، اتصال‌پذیر کردن سیستم، مانند Infiniband اما نه PCI Express، مستلزم آن است که نرم‌افزار تغییرات توپولوژی شبکه را ردیابی کند.

مثال دیگر کوتاه‌تر کردن بسته‌ها برای کاهش تأخیر است (همانطور که اگر گذرگاه باید به عنوان رابط حافظه عمل کند، لازم است). بسته های کوچکتر به این معنی است که هدرهای بسته درصد بیشتری از بسته را مصرف می‌کنند، بنابراین پهنای باند مؤثر کاهش می‌یابد. نمونه هایی از پروتکل های اتوبوس طراحی شده برای این منظور RapidIO و HyperTransport هستند.PCI Express جایی در وسط قرار می‌گیرد، [توضیحات لازم است] به‌عنوان یک اتصال سیستمی (گذرگاه محلی) به‌جای یک پروتکل شبکه متصل یا مسیریابی شده توسط طراحی مورد هدف قرار می‌گیرد. علاوه بر این، هدف طراحی آن برای شفافیت نرم‌افزار، پروتکل را محدود می‌کند و تأخیر آن را تا حدودی افزایش می‌دهد. تأخیر در پیاده‌سازی PCIe 4.0 منجر به کنسرسیوم Gen-Z، تلاش CCIX و یک رابط پردازشگر شتاب‌دهنده منسجم (CAPI) شد که همگی در پایان این سال 2016 اعلام شدند. در 11 مارس 2019، اینتل Compute Express Link (CXL)، یک گذرگاه اتصال جدید را بر اساس زیرساخت لایه فیزیکی PCI Express 5.0 ارائه کرد. مروجین اولیه مشخصات CXL عبارتند از: علی بابا، سیسکو، دل EMC، فیسبوک، گوگل، اچ پی، هوآوی، اینتل و مایکروسافت.

تفاوت PCIe نسل چهار و نسل سه در چیست؟

pciePCIe رابط استاندارد برای اتصال قطعات جانبی پرسرعت به مادربردهای کامپیوتر در دهه گذشته بوده است. نسل چهارم این رابط، استاندارد PCIe 4.0، در سال 2017 معرفی شد. با این حال، تا قبل از کامپیوتکس 2019 شاهد SSD یا کارت‌های گرافیکی با استفاده از فناوری جدید نبودیم.

امروز، PCIe نسل چهار برای این نوآوری فناوری هیجان‌انگیزی را به خود جلب کرده است. SSD، GPU، مادربرد یا کارت های توسعه پرقدرت باشد. اما PCIe نسل چهار چیست؟ ما اصول اولیه را تجزیه می‌کنیم.PCIe رابط استاندارد برای اتصال قطعات جانبی پرسرعت به مادربردهای کامپیوتر در دهه گذشته بوده است.

نسل چهارم این رابط، استاندارد PCIe 4.0، در سال 2017 معرفی شد. با این حال، تا قبل از کامپیوتکس 2019 شاهد SSD یا کارت‌های گرافیکی با استفاده از فناوری جدید نبودیم. امروز، PCIe نسل چهار برای این نوآوری فناوری هیجان‌انگیزی را به خود جلب کرده است.

PCI-E نسل چهارم چیست ؟

PCIe نسل چهار، چهارمین و آخرین نسل از مشخصات PCI Express است. جانشین PCIe Gen 3، PCIe Gen 4 سریع ترین نسل PCIe موجود در بازار امروز است.

• PCIe نسل چهار چه کاری انجام می‌دهد ؟

PCIe نسل چهار به سیستم‌ها اجازه می‌دهد به دستگاه‌های PCIe با کارایی بالا مانند GPU و PCIe NVMe SSD متصل شوند.

• چرا PCIe نسل چهار واجب است ؟

پیشرفت در فناوری PCIe برای پاسخگویی به نیاز روزافزون به یک گذرگاه داده با سرعت بالا که برنامه‌های کاربردی و حجم کاری کاربر را به طور فزاینده‌ای تقاضا می‌کند، ضروری است.

• تفاوت PCIe نسل چهار و نسل سه در چیست ؟

PCIe نسل چهار سرعت داده PCIe نسل سه را دو برابر می‌کند و به دستگاه‌های PCIe نسل چهار اجازه می‌دهد تا داده‌ها را با سرعت بسیار بالاتری انتقال دهند. PCIe نسل سه با سرعت 8 GT/s (گیگا انتقال در ثانیه) کار می‌کند که تقریباً به 1 گیگابایت بر ثانیه در هر خط PCIe ترجمه می‌شود. در مقایسه، PCIe نسل چهار با سرعت 16 GT/s یا حدود 2 گیگابایت بر ثانیه (گیگابایت در ثانیه) در هر خط PCIe کار می‌کند.

• حداکثر پهنای باند PCIe نسل چهار چقدر است ؟

برای درک حداکثر پهنای باند یک دستگاه PCIe نسل چهار، باید تعداد خطوط PCIe را که آن را پشتیبانی می‌کند، بدانید. دستگاه‌های PCIe از خطوط برای انتقال و دریافت داده‌ها استفاده می‌کنند، بنابراین هر چه یک دستگاه PCIe بتواند از خطوط بیشتری استفاده کند، پهنای باند بیشتری می‌تواند داشته باشد. تعداد خطوطی که یک دستگاه PCIe پشتیبانی می‌کند معمولاً مانند “x4” برای 4 خط، “x8” برای 8 خط و غیره بیان می‌شود.

• آیا PCIe نسل چهار با نسل های قبلی سازگار است ؟

PCIe نسل چهار با نسل های قبلیی سازگار است، بنابراین دستگاه PCIe نسل چهار متصل به سیستم PCIe نسل سه به طور معمول در سرعت های PCIe نسل سه کار می‌کند. این بدان معناست که اگر امروز یک SSD PCIe Gen 4 NVMe خریداری کنید، می‌توانید بلافاصله از آن در سیستم فعلی خود استفاده کنید حتی اگر از PCIe نسل چهار پشتیبانی نمی‌کند. اگر در آینده به یک سیستم PCIe نسل چهار ارتقا دهید، می‌توانید از عملکرد SSD PCIe Gen 4 NVMe خود استفاده کنید.

• چه زمانی PCIe نسل چهار در دسترس خواهد بود ؟

PCIe نسل چهار در حال حاضر صنعتی شده اند و بسیاری از محصولات PCIe نسل چهار امروزه در بازار موجود هستند. با این حال، تنها جدیدترین محصولات از PCIe نسل چهار پشتیبانی خواهند کرد. با ادامه این مسیر، PCIe نسل چهار به استاندارد صنعت تبدیل خواهد شد.

• چگونه PCIe نسل چهار را دریافت کنم ؟

برای استفاده از PCIe نسل چهار، CPU، مادربرد و دستگاه های PCIe شما باید همگی از PCIe نسل چهار پشتیبانی کنند.

• در حال حاضر چه پلتفرم های دسکتاپی از PCIe نسل چهار پشتیبانی می‌کنند ؟

برخی از پردازنده‌های دسکتاپ و مادربردهایی که از PCIe نسل چهار پشتیبانی می‌کنند و در حال حاضر تولید می‌شوند عبارتند از:

1. AMD Ryzen™ 3000 and 5000 series CPUs
2. AMD X570, B550, and TRX40 motherboards
3. Intel® 11th Gen “Rocket Lake” and 12th Gen “Alder Lake” Core CPUs
4. Intel® Z490, Z590, and Z690 motherboards

قابلیت backward و forward در نسل‌های جدید PCIe

نسل‌های جدیدتر PCIe یعنی از نسل سوم به بعد، قابلیت backward و forward یا به زبان ساده‌تر، انتقال داده در مسیرهای رو به جلو و رو به عقب را بصورت همزمان دارا می‌باشند.

قطعات جانبی که روی مادربرد تعبیه می‌شوند نظیر GPU، NVME SSD و غیره را می‌توان به لطف قابلیت backward و forward، روی PCIe های مختلف متصل نمود. این قابلیت امکان اتصال قطعات جانبی قدیمی را روی اسلات‌های نسل جدید و بالعکس فراهم می‌آورد.

به عنوان مثال، یک کارت گرافیک PCIe 4.0 را می‌توان در اسلات PCIe 3.0 مادربرد قرار داد. با این حال، پهنای باند کارت گرافیک نسل چهارم محدود شده و تنها در محدوده پهنای باند اسلات نسل سوم می‌توان از آن استفاده کرد.

بطور مشابه، یک کارت گرافیک PCIe 3.0 را می‌توان در اسلات PCIe 4.0 مادربرد قرار داد، در این حالت هم محدوده کارت گرافیک نسل سوم، تعیین‌کننده پهنای باند و سرعت انتقال داده است، هرچند اسلات نسل چهارم با سرعت و پهنای باند بیشتر استفاده شده باشد

• SSD PCIe NVMe چیست؟

SSD های PCIe NVMe درایوهای حالت جامد هستند که از گذرگاه PCIe پرسرعت برای انتقال داده و همچنین پروتکل NVMe (Non-Volatile Memory Express) برای ارتباط با سیستم میزبان استفاده می‌کنند. از آنجایی که این درایوها بر روی گذرگاه PCIe کار می‌کنند، پهنای باند بسیار بهبود یافته و زمان پاسخگویی سریع تری نسبت به SATA SSD ارائه می‌دهند.

• آیا PCIe Gen 4 SSD های PCIe NVMe را سریعتر می‌کند؟

PCIe نسل سوم قادر به انطباق با پهنای باند کامل SSDهای پرسرعت PCIe NVMe نبود. این به طور موثر باعث ایجاد گلوگاه در عملکرد SSD شد. PCIe نسل چهار این گلوگاه عملکرد را حل می‌کند و به SSD های PCIe NVMe اجازه می‌دهد داده ها را با سرعت بسیار بالاتری بخوانند و بنویسند.

• SSD های PCIe NVMe از چه عواملی استفاده می‌کنند؟

درایوهای SSD PCIe NVMe می‌توانند از عوامل مختلفی مانند کارت افزودنی (AIC)، M.2 و U.2 استفاده کنند. SSD های Client PCIe NVMe معمولاً فقط از فرم فاکتور M.2 2280 استفاده می‌کنند زیرا طراحی باریک آن به راحتی در رایانه های رومیزی و نوت بوک جا می‌شود. درایوهای SSD PCIe NVMe کلاس Enterprise از هر سه فرم فاکتور استفاده می‌کنند که U.2 به دلیل سازگاری با صفحات پشتی سرور محبوب‌ترین آنهاس

تفاوت اصلی : PCI یک رابط موازی مشترک است در حالی که PCI Eexpress یک رابط سریالی است!!

معماری PCI از نوع باس موازی مشترک (shared Parallel bus) است .در این نوع معماری میزبان مجموعه ای از آدرس ها، دیتا و خطوط کنترلی را بین خود و قطعات جانبی به اشتراک می‌گذارد اما در مقابل PCI-X از یک آرایش نقطه به نقطه (Point to Point) به همراه یک سریال مستقل برای ارتباط میزبان با هر یک از قطعات جانبی استفاده می‌کند. اسلات PCI یک باس اتصالی پر سرعت است که به دستگاه های متصل در داخل رایانه اجازه گسترش قابلیت های خود را میدهد.استاندارد PCI اصلی نرخ انتقال داده را تا سرعت 133 Mbps میسر میسازد.PCI Express آخرین و نسخه بهبود یافته استاندارد PCI است.

تفاوت درگاه PCI با PCI Express در چیست؟

1. اسلات PCI یک درگاه داخلی برای اتصال دستگاه های سخت افزاری در یک کامپیوتر است و PCI Express یک درگاه سریالی با سرعت بالا است که به منظور جایگزینی استانداردهای قدیمی تر PCI و PCI - X طراحی شد.
2. اسلات PCI مخفف اتصالات کامپوننت محیطی (Peripheral Component Interconnect) بوده در حالی که PCI Express مخفف محیط جانبی (Interconnect Express) است.
3. سرعت انتقال PCI Express بسیار بالاتر از استاندارد PCI است.
4. تفاوت اصلی PCI و PCI Express در نوع رابط آنها است، PCI یک رابط موازی بوده در حالی که PCI Express یک رابط سریال است.
5. شیارهای اتصال PCI به صورت استاندارد و تک سایز هستند ولی شیار های اتصال PCI Express به تعداد خطوط اتصال اسلات بستگی دارد(X1،X4،X8،X16).
6. PCI Express آخرین مدل از استاندارد PCI است.

چگونه بفهمیم مادربرد ما pci یاpci express  دارد؟

برای بفهمید که کامپیوتر شما از اسلات PCI یا PCI Express استفاده میکند چند راه وجود دارد که به صورت خلاص به آنها اشاره خواهیم کرد.

بررسی اسلات روی مادربرد: نگاه کنید که مادربورد شما از چه نوع اسلاتی برای کارت‌های جانبی استفاده می‌کند، در این مقاله سعی کردیم تصویر تمام اسلات ها را برای شما بارگزاری کنیم تا با توجه به نوع آنها روی مادربرد خود متوجه شوید از چه اسلاتی پشتیبانی م یشود.

استفاده از نرم‌افزار: برخی نرم افزار CPU-Z اطلاعاتی درباره مادربورد و اسلات‌های آن نمایش می‌دهند. با استفاده از این نرم‌افزارها می‌توانید بفهمید که کامپیوتر شما از اسلات PCI یا PCI Express استفاده می‌کند. (به همین راحتی)

بررسی کارت‌های گرافیک: اگر کارت گرفیک شما از نوع جدید مانند کارت گرافیک باشند، احتمالاً از اسلات PCI Express استفاده می‌کنید. اگر کارت‌های جانبی شما قدیمی‌تر باشند، احتمالاً از اسلات PCI استفاده می‌کنید.

PCle چقدر سریعتر از PCl ؟

با توجه به مطالعه منابع مختلف، می‌توان گفت که سرعت انتقال داده‌ها در PCI Express نسبت به PCI بسیار بیشتر است. تقریبا میتوان گفت (در یک محیط ایزوله) سرعت PCle تقریبا 2 برابر بیشتر از PCl است.

آیا میتوان pci را بهpci express  تبدیل کرد؟

بله. تبدیل‌کننده‌هایی که PCI Express را به PCI تبدیل می‌کنند برای این کار ساخته شده اند. اما پیشنهاد کارشناسان رایانه کمک این است که از این تبدیل ها استفاده نکنید زیرا ممکن است به گجت شما آسیب وارد کند، علت این موضوع بابت این است که میزان برق دریافتی ممکن است نوسان داشته باشد و در طولانی مدت با خطا روبرو شود.

همچنین با استفاده از تبدیل امکان دریافت حداکثر سرعت از آن اسلات وجود ندارد و ممکن است کمی اتلاف سرعت داشته باشید.