Физический уровень интерфейса допускает как электрическую, так и оптическую реализацию. Базовое соединение электрического интерфейса (xl) состоит из двух дифференциальных низковольтных сигнальных пар — передающей (сигналы РЕТрО, РЕТпО) и принимающей (PERpO, PERnO). В интерфейсе применена развязка передатчиков и приемников по постоянному току, что обеспечивает совместимость компонентов независимо от технологии их изготовления и снимает некоторые проблемы передачи сигналов. Для передачи используется самосинхронизирующееся кодирование, что позволяет достигать высоких скоростей передачи. Базовая скорость — 2,5 Гбит/с «сырых» данных (после кодирования 8В/10В) в каждую сторону, в перспективе планируются и более высокие скорости. Для масштабирования пропускной способности возможно агрегирование сигнальных линий (сигнальных пар в электрическом интерфейсе) по одинаковому числу в обоих направлениях. Спецификация рассматривает варианты соединений из 1, 2, 4, 8, 12, 16 и 32 линий (обозначаются как xl, х2, х4, х8, х12, х16 и х32); передаваемые данные между ними распределяются побайтно. Таким образом достижима скорость до 32 х 2,5 = 80 Гбит/с, что примерно соответствует пиковой скорости 8 Гбайт/с. Во время аппаратной инициализации в каждом соединении согласуются число линий и скорость передачи; согласование выполняется на низком уровне без какого-либо программного участия. Согласованные параметры соединения действуют на все время последующей работы.
Обеспечение «горячего» подключения на физическом уровне PCI Express не требует каких-либо дополнительных аппаратных затрат, поскольку двухточечное соединение не затрагивает «лишних» участников. Безопасная коммутация сигналов не требуется, возможности подключаемого устройства никак не влияют на режимы работы остальных устройств.
Малое число сигнальных контактов интерфейса дает большую свободу в выборе конструктивных реализаций PCI Express:
♦ соединение компонентов в пределах платы;
♦ слоты и карты расширения в конструктивах PC/AT и АТХ;
♦ внутренние и внешние карты расширения мобильных ПК;
♦ малогабаритные модули ввода-вывода для серверов и коммуникационной аппаратуры;
Для карт расширения в конструктивах PC/AT и АТХ предусматриваются разные модификации разъема-слота PCI Express, различающиеся числом пар сигнальных линий (xl, х4, х8, х16) и, соответственно, размером (рис. 14.9). При этом в слоты большего размера можно устанавливать карты с разъемом того же размера (или меньшего — это называется Up-plugging). Однако противоположный вариант (Down-plugging) — установка большой карты в меньший слот — механически невозможен (в PCI/PCI-X возможен). Как было показано ранее, самый «слабый» вариант PCI Express обеспечивает пропускную способность на уровне стандартной шины PCI. Назначение контактов слотов PCI-express приведено в табл. 14.4.
♦ REFCLK+ и REFCLK — сигналы опорной частоты 100 МГц;
♦ PERST# — сигнал сброса карты;
♦ WAKE# — сигнал «пробуждения» (от карты);
♦ PRSNT1#, PRSNT2# — сигналы обнаружения подключения-отключения карты для системы «горячего» подключения. На карте эти цепи соединяются между собой, причем для PRSNT2# выбирается контакт с самым большим номером. Это позволяет точнее отслеживать моменты подключения-отключения (в слу чае наклона карты). Для определения числа линий подключенной карты дан ные линии не используются — разрядность линий определяется автоматиче ски при установлении соединения (в процедуре тренировки).
Дополнительно на слоте имеются необязательные сигналы шины SMBus (SMB_CLK и SMB_DATA) и интерфейса JTAG (TCLK, TDI, TDO, TMS, TRST#).
На карты подается основное питание +3,3V, +12V и дополнительное +3,3Vaux.
С интерфейсом PCI Express удобно компонуются модули ввода-вывода и сетевых интерфейсов для серверов и коммуникационных устройств стоечного исполнения. Такие модули могут быть довольно компактными (высота 2U не вызывает проблем размещения разъема), при этом производительности интерфейса достаточно даже для таких критичных модулей, как Fibre Channel, Gigabit Ethernet (GbE),10GbE.
Интерфейс PCI Express принимается и для промышленных компьютеров, для чего имеются спецификации PICMG 3.4 (малогабаритные конструктивы для xl, х2 и х4), а также конструктивы в формате Compact PCI.
Интерфейс PCI Express существует и в кабельном исполнении для кабельных соединений блоков, находящихся на небольшом удалении друг от друга. Так, по PCI Express можно подключать док-станции к блокнотным ПК. Возможность вывода интерфейса системного уровня за пределы корпуса компьютера из предшественников PCI Express поддерживала только шина ISA, и то лишь при низких скоростях обмена (на частотах до 5 МГц). Из новых последовательных интерфейсов системного уровня эта возможность имеется в InfiniBand. Наличие кабельного варианта высокопроизводительного интерфейса системного уровня может позволить отойти от традиционной компоновки компьютера, при которой в системном блоке концентрируются все компоненты, требующие интенсивного обмена с ядром компьютера.