Tudo o que você precisa saber sobre a conexão PCI Express

Introdução

Desde o lançamento do primeiro PC em 1981, o computador traz slots de expansão que possibilitam a instalação de dispositivos adicionais que acrescentam funções originalmente ausentes na placa-mãe do computador. Atualmente, o tipo mais comum de slot de expansão disponível no mercado é chamado PCI Express. Neste tutorial, você aprenderá tudo o que você precisa saber sobre este tipo de conexão: como funciona, versões disponíveis, slots e muito mais.

Antes de falarmos sobre o PCI Express, vamos discutir rapidamente a história dos slots de expansão para PC e suas principais limitações para que você possa entender o que faz o PCI Express ser diferente dos demais sistemas disponíveis.

Abaixo, listamos os tipos mais comuns de slots de expansão para PC lançados até hoje:

• ISA (Industry Standard Architecture ou Arquitetura Padrão da Indústria)
• MCA (Micro Channel Architecture ou Arquitetura Micro Canal)
• EISA (Extended Industry Standard Architecture ou Arquitetura Padrão da Indústria Estendida)
• VLB (VESA Local Bus ou Barramento Local VESA)
• PCI (Peripheral Component Interconnect ou Interconexão de Componentes Periféricos)
• PCI-X (Peripheral Component Interconnect eXtended ou Interconexão de Componentes Periféricos Estendida)
• AGP (Accelerated Graphics Port ou Porta Gráfica Acelerada)
• PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express ou Interconexão de Componentes Periféricos Expressa)

Novos tipos de slots de expansão são lançados quando os sistemas disponíveis se tornam muito lentos para certas aplicações. Por exemplo, o slot ISA original, disponível no PC original e no PC XT da IBM e seus clones, apresentava uma taxa máxima de transferência teórica (largura de banda) de apenas 4,77 MB/s (4,77 MHz transferindo oito bits por pulso de clock). A versão de 16 bits do ISA, lançada com o PC AT da IBM em 1984, praticamente dobrou a largura de banda disponível para 8 MB/s (8 MHz transferindo 16 bits a cada dois pulsos de clock; no barramento ISA de 16 bits cada acesso demora dois pulsos de clock), mas este número ainda mostrou-se muito baixo para aplicações que necessitavam de altas taxas de transferência, como vídeo.

Em seguida, a IBM lançou o slot MCA para a sua linha de computadores PS/2, mas por serem protegidos por direitos autorais, apenas fabricantes que assinassem um acordo de licenciamento com a IBM poderiam utilizá-lo, e apenas cinco empresas o fizeram (Apricot, Dell, Tandy, Research Machines e Olivetti). Assim, os slots MCA ficaram restritos apenas a alguns modelos de computadores dessas marcas. Nove fabricantes de PCs se juntaram para criar o slot EISA, mas ele não teve sucesso por dois motivos. Primeiro, este sistema manteve compatibilidade com o slot ISA original, então o seu clock ficou sendo o mesmo que o do slot ISA de 16 bits. Segundo, a aliança não incluiu os fabricantes de placas-mãe, o que levou a exclusão de usuários que montam seus próprios computadores e demais fabricantes, assim como ocorrera com o slot MCA.

O primeiro slot de alta velocidade lançado foi o VLB. A alta velocidade foi possível através da ligação entre o slot e o barramento local do processador, isto é, barramento externo do processador. Dessa forma, este slot trabalhava na mesma velocidade em que o barramento externo do processador, que é o barramento mais rápido disponível no PC. Na tabela abaixo, listamos este slot com um clock de 33 MHz, mas o clock real dependerá do processador usado (a maioria dos processadores usados naquela época apresentava um clock externo de 33 MHz, mas processadores com clocks externos de 25 MHz e 40 MHz também podiam ser encontrados). Este slot, porém, foi projetado especificamente para o barramento local dos processadores 486, assim quando o processador Pentium foi lançado ele era incompatível com o slot porque ele usava um barramento local com especificações diferentes (clock externo de 66 MHz em vez de 33 MHz e transferência de dados de 64 bits em vez de 32 bits).

A primeira solução que servia para todas as plataformas apareceu em 1992, quando a Intel levou a indústria a criar o slot de expansão “definitivo”, o PCI. Mais tarde outras empresas se uniram à aliança que atualmente é conhecida como PCI-SIG (PCI Special Interest Group ou Grupo de Interesse Especial PCI). A PCI-SIG é responsável pela padronização dos slots PCI, PCI-X e PCI Express (“PCle”). Apesar de os nomes serem parecidos, eles se referem a tecnologias completamente diferentes.

O PCI é um barramento independente, não sendo voltado a uma plataforma específica, estando conectado ao sistema através de um chip ponte (que faz parte do chipset da placa-mãe). Quando um novo processador é lançado, o mesmo barramento PCI pode ser usado, bastando reprojetar o chip ponte (em de reprojetar o barramento, o que era a norma antes do lançamento do barramento PCI).

Barramento é um caminho para transferência de dados onde você pode conectar vários dispositivos ao mesmo tempo, compartilhando este caminho. Os dispositivos mais comuns conectados ao barramento PCI são os slots de expansão, mas componentes integrados disponíveis na placa-mãe, como chips de rede on-board, também podem ser conectados ao barramento PCI.

Apesar de outras configurações serem possíveis em teoria, a implementação mais comum do barramento PCI é com um clock de 33 MHz e uma taxa de transferência de dados de 32 bits, o que possibilita uma largura de banda de 133 MB/s.

O barramento PCI-X é uma versão do barramento PCI que apresenta clocks mais altos e caminho de dados mais largo para placas-mãe de servidor, o que proporciona uma maior largura de banda para dispositivos que necessitam de mais velocidade, como placas de rede topo de linha e controladores RAID.

Quando o barramento PCI mostrou-se muito lento para o uso de placas de vídeo topo de linha, o slot AGP foi desenvolvido. Este slot era usado exclusivamente para placas de vídeo.

Finalmente, a PCI-SIG desenvolveu uma conexão chamanda PCI Express (anteriormente conhecida como “3GIO” e oficialmente abreviada como “PCIe”, mas a maioria das pessoas escreve “PCI-E”, incorretamente). Apesar do nome, o PCI Express trabalha de forma totalmente diferente dos demais barramentos PCI.

1. O PCI é um barramento, enquanto que o PCI Express é uma conexão ponto-a-ponto, isto é, ele conecta somente dois dispositivos e nenhum outro dispositivo pode compartilhar esta conexão. Em uma placa-mãe com slots PCI padrão, todos os slots PCI são conectados ao barramento PCI e todos compartilham o mesmo caminho de dados, o que pode causar redução no desempenho caso mais de um dispositivo queira transmitir dados ao mesmo tempo. Em uma placa-mãe com slots PCI Express, cada slot PCI Express é conectado ao chipset da placa-mãe usando uma pista dedicada, que não é compartilhada com outros slots PCI Express. Dispositivos integrados à placa-mãe como controladores de rede, SATA e USB estão normalmente conectados ao chipset da placa-mãe através de conexões PCI Express dedicadas.
2. O PCI e os outros tipos de slots de expansão utilizam comunicações em paralelo, enquanto que o PCI Express é baseado em comunicações em série de alta velocidade.
3. O PCI Express é baseado em pistas individuais que podem ser agrupadas para criar uma conexão mais rápida. O “x” que segue a descrição do PCI Express se refere ao número de pistas que a conexão está usando.

A conexão PCI Express é o foco deste artigo e entraremos em detalhes em como ela funciona nas próximas páginas.

Abaixo apresentamos uma tabela comparando as principais especificações dos vários slots de expansão já lançados para o PC.