Como o PCI Express funciona

Uma das características fundamentais do PCI Express é que ele é um barramento ponto a ponto, onde cada periférico possui um canal exclusivo de comunicação com o chipset. No PCI tradicional, o barramento é compartilhado por todos os periféricos ligados a ele, o que pode criar gargalos, como no caso das placas soquete 7.

Alguns puristas argumentam que o PCI Express não é um barramento no sentido estrito da palavra, já que o termo “barramento” surgiu para descrever um canal de comunicação compartilhado por vários dispositivos ou periféricos. Mas, sou da opinião de que esse tipo de preciosismo deve ser evitado. Os termos técnicos evoluem e são adaptados, assim como a tecnologia. Em toda a documentação é usado o termo “PCI Express bus”, referindo-se ao PCI Express (e também ao USB, Firewire e outros) como “bus”, ou seja, “barramento”. A designação já foi adotada oficialmente.

O PCI Express é também um barramento serial e não um barramento paralelo, como o PCI. Antigamente, os circuitos eletrônicos eram muito lentos, por isso a solução para criar barramentos mais rápidos era adicionar mais trilhas e transmitir vários bits de cada vez. Exemplos de barramentos paralelos são as portas paralelas, usadas pelas impressoras antigas, as portas IDE e também o próprio barramento PCI.

Com o avanço da tecnologia, os projetistas começaram a encontrar dificuldades em criar barramentos paralelos mais rápidos, pois o grande número de trilhas operando a altas freqüências criava ruído eletromagnético e problemas de sincronismo. A solução foi passar a investir em barramentos seriais, onde são usados apenas um ou dois pares de trilhas.

Com menos trilhas, o problema do ruído e interferência é eliminado e os dados podem ser transmitidos na freqüência permitida pelos circuitos, sem problemas de sincronismo. Atualmente, acaba fazendo mais sentido usar um circuito controlador muito rápido, transmitindo um bit por vez, do que tentar criar um barramento complicado, que transmite 16 ou 32 bits por ciclo.

Enquanto os fabricantes enfrentaram dificuldades para manter o sincronismo dos sinais do PCI-X a apenas 133 MHz, os transmissores do barramento PCI Express podem operar a 2.5 GHz sem maiores problemas.

Exemplos de barramentos seriais, são o USB, o Serial ATA e o PCI Express. A diferença de desempenho entre estes “barramentos de nova geração” em relação aos barramentos antigos é brutal: uma porta paralela operando em modo EPP transmite a apenas 8 megabits por segundo, enquanto uma porta USB 2.0 atinge 480 megabits. Uma porta IDE ATA133 transmite a 133 MB/s, enquanto o SATA 600 atinge 600 MB/s. O PCI oferece apenas 133 MB/s, compartilhados por todos os dispositivos, enquanto um slot PCI Express 16x atinge incríveis 4 GB/s.

Existem 4 tipos de slots PCI Express, que vão do 1x ao 16x. O número indica quantas linhas de dados são utilizadas pelo slot e, conseqüentemente, a banda disponível. Cada linha PCI Express utiliza 4 pinos de dados (dois para enviar e dois para receber), que são capazes de transmitir a 250 MB/s em ambas as direções. Por causa dessa característica, é comum que os fabricantes divulguem que o PCI Express transmite a 500 MB/s, o que é irreal, já que isso só ocorreria em situações em que grandes quantidades de dados precisassem ser transmitidos simultaneamente em ambas as direções.

Temos então 250 MB/s de banda nos slots 1x, 1 GB/s nos slots 4x, 2 GB/s nos slots 8x e incríveis 4 GB/s nos slots 16x. O padrão original também previa o uso de slots 2x, mas eles nunca chegaram a ser implementados. Na prática, os slots 8x também são muito raros, de forma que você verá apenas slots 1x, 4x e 16x nas placas atuais.

O PCI Express utiliza um sistema de codificação chamado 8b/10b, onde são incluídos dois bits adicionais para cada byte de dados transmitidos. Estes bits adicionais permitiram eliminar a necessidade do uso de pinos adicionais para enviar o sinal de sincronismo, o que simplificou bastante o design e melhorou a confiabilidade. É por causa dessa característica que os 2.5 gigabits transmitidos pelos transmissores equivalem a apenas 250 MB/s de dados.