PCI Express

تتواصل أجهزة PCI Express عبر اتصال منطقي يُسمى وصلة الربط البيني ^{[ 10 ]} أو الرابط . الرابط عبارة عن قناة اتصال مباشرة بين منفذي PCI Express، مما يسمح لكليهما بإرسال واستقبال طلبات PCI العادية (التكوين، الإدخال/الإخراج، أو قراءة/كتابة الذاكرة) والمقاطعات ( INTx ، MSI ، أو MSI-X ). على المستوى المادي، يتكون الرابط من مسار واحد أو أكثر . ^{[ 10 ]} تستخدم الأجهزة الطرفية منخفضة السرعة (مثل بطاقة Wi-Fi 802.11 ) رابطًا أحادي المسار (×1)، بينما يستخدم محول الرسومات عادةً رابطًا أوسع بكثير، وبالتالي أسرع، يتكون من 16 مسارًا (×16).

يتكون المسار من زوجين من إشارات التفاضل ، أحدهما لاستقبال البيانات والآخر لإرسالها. وبالتالي، يتكون كل مسار من أربعة أسلاك أو مسارات إشارة . من الناحية النظرية، يُستخدم كل مسار كتدفق بايتات ثنائي الاتجاه ، ينقل حزم البيانات بتنسيق "بايت" ثماني بتات في كلا الاتجاهين بين طرفي الوصلة. ^{[ 11 ]} قد تحتوي وصلات PCI Express المادية على 1 أو 4 أو 8 أو 16 مسارًا. ^{[ 12 ] [ 6 ] : 4، 5 [ 10 ]} يُكتب عدد المسارات بالبادئة "x" (على سبيل المثال، "×8" يمثل بطاقة أو فتحة بثمانية مسارات)، حيث يُعد "×16" أكبر حجم شائع الاستخدام. ^{[ 13 ]} يُشار أيضًا إلى أحجام المسارات باستخدام مصطلحي "العرض" أو "بنسبة"، على سبيل المثال، يمكن الإشارة إلى فتحة بثمانية مسارات بـ "بنسبة 8" أو "بعرض 8 مسارات".

للاطلاع على أحجام البطاقات الميكانيكية، انظر أدناه .

تم اختيار بنية ناقل البيانات التسلسلي المدمج بدلاً من ناقل البيانات المتوازي التقليدي نظرًا للقيود المتأصلة في الأخير، بما في ذلك التشغيل بنصف ازدواج ، وكثرة الإشارات، وانخفاض عرض النطاق الترددي المتأصل بسبب انحراف التوقيت . ينشأ انحراف التوقيت من انتقال إشارات كهربائية منفصلة ضمن واجهة متوازية عبر موصلات بأطوال مختلفة، وعلى طبقات مختلفة من لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، وبسرعات إشارة مختلفة . على الرغم من إرسالها في وقت واحد ككلمة واحدة ، فإن الإشارات على واجهة متوازية لها مدة انتقال مختلفة وتصل إلى وجهاتها في أوقات مختلفة. عندما تكون دورة ساعة الواجهة أقصر من أكبر فرق زمني بين وصول الإشارات، يصبح استعادة الكلمة المرسلة غير ممكن. نظرًا لأن انحراف التوقيت عبر ناقل متوازي قد يصل إلى بضع نانوثوانٍ، فإن قيود عرض النطاق الترددي الناتجة تكون في حدود مئات الميغاهرتز.

لا تُظهر واجهة الاتصال التسلسلي انحرافًا زمنيًا نظرًا لوجود إشارة تفاضلية واحدة فقط في كل اتجاه ضمن كل مسار، وعدم وجود إشارة ساعة خارجية لأن معلومات التوقيت مُضمنة في الإشارة التسلسلية نفسها. ولذلك، فإن قيود عرض النطاق الترددي النموذجية للإشارات التسلسلية تقع في نطاق عدة جيجاهرتز. يُعد PCI Express مثالًا على الاتجاه العام نحو استبدال ناقلات البيانات المتوازية بوصلات تسلسلية؛ ومن الأمثلة الأخرى Serial ATA (SATA) و USB و Serial Attached SCSI (SAS) و FireWire (IEEE 1394) و RapidIO . في مجال الفيديو الرقمي، تشمل الأمثلة الشائعة الاستخدام DVI و HDMI و DisplayPort ، ولكنها كانت بدائل لـ VGA التناظري، وليس لناقل بيانات متوازي.

يزيد التصميم التسلسلي متعدد القنوات من المرونة بفضل قدرته على تخصيص عدد أقل من المسارات للأجهزة الأبطأ.

يشبه مُبدِّل PCIe مُبدِّل الشبكة ، إلا أنه يعمل بوصلات PCIe. في بنية الشبكة الشجرية، يوجد منفذ رئيسي واحد يتصل بجهاز ذي مستوى أعلى (مُبدِّل آخر أو ناقل PCIe مباشرةً)، وعدد من المنافذ الفرعية . يتولى المُبدِّل مسؤولية استقبال حزمة بيانات من منفذ وإعادة توجيهها إلى منفذ مناسب آخر. من خلال تبديل الحزم، يتم توزيع عرض النطاق الترددي بكفاءة عبر منافذ فرعية متعددة (مقارنةً بتقسيم المسار الثابت). تحتوي بنية الشبكة متعددة المضيفين الأكثر تطورًا على منافذ رئيسية متعددة. ^{[ 15 ]}

تتناسب بطاقة PCI Express الإضافية مع فتحة بحجمها الفعلي أو أكبر (حيث تُستخدم فتحة ×16 كأكبر حجم)، ولكنها قد لا تتناسب مع فتحة PCI Express أصغر؛ على سبيل المثال، قد لا تتناسب بطاقة ×16 مع فتحة ×4 أو ×8. تستخدم بعض الفتحات مقابس مفتوحة الطرف للسماح بتركيب بطاقات أطول فعليًا، ولضمان أفضل اتصال كهربائي ومنطقي متاح.

قد يكون عدد المسارات المتصلة فعليًا بفتحة أقل من العدد الذي يدعمه حجم الفتحة الفعلي. على سبيل المثال، فتحة ×16 تعمل بسرعة ×4، تقبل أي بطاقة ×1 أو ×2 أو ×4 أو ×8 أو ×16، ولكنها توفر أربعة مسارات فقط. قد يُكتب وصفها على النحو التالي: "×16 (وضع ×4)" أو "×16 (إشارة ×4)"، كما يشيع استخدام تدوين "ميكانيكي @ كهربائي" (مثل "×16  @ ×4"). تكمن الميزة في أن هذه الفتحات تستوعب نطاقًا أوسع من بطاقات PCI Express دون الحاجة إلى مكونات اللوحة الأم لدعم معدل النقل الكامل. الأحجام الميكانيكية القياسية هي ×1 و×4 و×8 و×16. أما البطاقات التي تستخدم عددًا من المسارات يختلف عن الأحجام الميكانيكية القياسية، فيجب أن تتناسب فعليًا مع الحجم الميكانيكي الأكبر التالي (على سبيل المثال، بطاقة ×2 تستخدم الحجم ×4، أو بطاقة ×12 تستخدم الحجم ×16). 

تُصمَّم وتُصنَّع البطاقات نفسها بأحجام متنوعة. على سبيل المثال، غالبًا ما تستخدم محركات الأقراص الصلبة (SSD) التي تأتي على شكل بطاقات PCI Express مصطلحي HHHL (نصف الارتفاع، نصف الطول) و FHHL (الارتفاع الكامل، نصف الطول) لوصف الأبعاد الفيزيائية للبطاقة. وقد ورث مفهوما "الارتفاع الكامل" و"نصف" الارتفاع والطول من PCI التقليدي. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

مستويات الطول بجانب الطول الكامل ليست معيارًا لـ PCIe، بل هي مجرد اتفاقية بين الشركات المصنعة. يوفر نصف الطول مساحة كافية لموصل ×16. أما ما دون ذلك، فيجب استخدام موصلات بيانات أضيق.

يمكن مزج هذه الأبعاد ومطابقتها بحرية، ولكن الأبعاد الأكبر تميل إلى التواجد معًا.

توجد مسافة ثابتة تبلغ 57.15 مليمترًا (2.250 بوصة) بين الشق الرئيسي للموصل (الذي يفصل بين البيانات والطاقة) ونهاية البطاقة، والتي يمكن تغطيتها بلوحة طرفية مزودة بفتحة لولبية لتثبيتها على هيكل الكمبيوتر. يضمن هذا الطول الثابت عدم بروز البطاقات من الهيكل. 

تبلغ المسافة بين الفتحات 0.8 بوصة (20 مم) بالضبط على اللوحات الأم ATX . 

للاطلاع على المزيد من مواصفات الفتحة، انظر الطبقة الفيزيائية أدناه.

قوة

قوة الفتحة

قد تستهلك جميع بطاقات PCI Express ما يصل إلى3 أ  في+3.3 فولت  (9.9 واط  ). يعتمد مقدار +12  فولت والطاقة الإجمالية التي قد تستهلكها على عامل الشكل ودور البطاقة: ^{[ 31 ] : 35-36 [ 32 ] [ 33 ]}

• تقتصر بطاقات ×1 على 0.5  أمبير عند +12  فولت (6  وات) و10  وات مجتمعة.
• تقتصر البطاقات ذات الحجم ×4 وما فوق على 2.1  أمبير عند +12  فولت (25  وات) و25  وات مجتمعة.
• قد تستهلك بطاقة x1 كاملة الحجم ما يصل إلى  حدود 25 واط بعد التهيئة وتكوين البرامج كجهاز عالي الطاقة.
• قد تستهلك بطاقة الرسومات كاملة الحجم ×16 ما يصل إلى 5.5  أمبير عند جهد +12  فولت (66  واط) و75  واط مجتمعة بعد التهيئة وتكوين البرامج كجهاز عالي الطاقة. ^{[ 26 ] : 38-39}

موصلات طاقة ذات 6 و 8 دبابيس

إضافة موصلات اختيارية75 واط  (6 دبابيس) أو150 واط  (8 دبابيس) من  طاقة +12 فولت لما يصل إلى إجمالي 300 واط ( 2 @ 75  واط + 1 @ 150  واط ).

• يتم توصيل دبوس Sense0 بالأرض بواسطة الكابل أو مصدر الطاقة، أو يبقى عائمًا على اللوحة إذا لم يكن الكابل متصلاً.
• يتم توصيل دبوس Sense1 بالأرض بواسطة الكابل أو مصدر الطاقة، أو يبقى عائمًا على اللوحة إذا لم يكن الكابل متصلاً.

تستخدم بعض البطاقات موصلين ثماني الأطراف، مما يسمح بتوفير  طاقة إجمالية قدرها 375 واط ( موصل واحد بقدرة 75  واط + موصلان بقدرة 150  واط ). وقد تم اعتماد هذا المعيار حديثًا في معيار PCI Express 4.0 CEM لعام 2018، على الرغم من أنه كان مستخدمًا قبل ذلك. ^{[ 18 ]} يجب عدم الخلط بين موصل PCI Express ثماني الأطراف وموصل EPS12V ، الذي يُستخدم بشكل أساسي لتزويد أنظمة المعالجة المتعددة النوى وأنظمة المعالجة المتماثلة بالطاقة. موصلات الطاقة هذه هي أنواع مختلفة من موصلات سلسلة Molex Mini-Fit Jr. ^{[ 34 ]}

أرقام قطع Molex Mini-Fit Jr. ^{[ 34 ]}

دبابيس	أنثى/مقبس على كابل الطاقة	موصل ذكر/زاوية قائمة على لوحة الدوائر المطبوعة
6-pin	45559-0002	45558-0003
8-pin	45587-0004	45586-0005، 45586-0006

موصل طاقة ذو 6 دبابيس (75  واط) [ 35 ] دبوس وصف 0 1 +12  فولت 0 2 غير متصل (عادةً ما يكون +12  فولت أيضًا) 0 3 +12  فولت — غير متوفر 0 4 أرضي 0 5 حاسة 0 6 أرضي — غير متوفر

موصل طاقة ذو 8 دبابيس (150  واط) [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] دبوس وصف 0 1 +12  فولت 0 2 +12  فولت 0 3 +12  فولت 0 4 الحس 1 (متصل بـ 8 دبابيس [ A ] ) 0 5 أرضي 0 6 الاستشعار 0 (متصل بـ 6 أو 8 دبابيس) 0 7 أرضي 0 8 أرضي

1. ↑ عند توصيل موصل ذي 6 دبابيس بمقبس ذي 8 دبابيس، يتم إخطار البطاقة من خلال Sense1 المفقود بأنه لا يجوز لها استخدام أكثر من 75 واط.

موصل 12 فولت HPWR

يُعدّ موصل 12VHPWR ذو 16 سنًا معيارًا لتوصيل وحدات معالجة الرسومات (GPUs) بمزودات الطاقة للحاسوب بقدرة تصل إلى 600  واط. وقد طرحته شركة Nvidia في عام 2022 ليحل محل موصلات الطاقة السابقة ذات 6 و8 أسنان لوحدات معالجة الرسومات. وكان الهدف المعلن هو تلبية متطلبات الطاقة المتزايدة لوحدات معالجة الرسومات من Nvidia. وقد تم اعتماد هذا الموصل رسميًا كجزء من معيار PCI Express 5. ^{[ 39 ]}

تم استبدال الموصل بإصدار مُعدّل قليلاً يُسمى 12V-2x6، والذي طُرح في عام 2023 مع PCIe CEM 5.1 و PCIe ECN 6.0، ^{[ 40 ] [ 41 ]} حيث تم تغيير مقابس وحدة معالجة الرسومات ووحدة تزويد الطاقة لضمان تلامس دبابيس الاستشعار فقط عند تثبيت دبابيس الطاقة بشكل صحيح. بينما بقيت الكابلات ومقابسها دون تغيير. ^{[ 42 ]} يهدف هذا التغيير إلى منع الانصهار الناتج عن التلامس الجزئي، إلا أنه استمر الإبلاغ عن حالات انصهار لوحدات معالجة الرسومات المزودة بهذا المقبس الجديد. ^{[ 43 ]} كما طرأ تغيير ملحوظ على آلية التفاوض على الطاقة مع إضافة دبوس استشعار جديد. ^{[ 44 ]}

تُعلّم موصلات 12VHPWR برمز "H+"، بينما تُعلّم موصلات 12V-2x6 برمز "H++". ^{[ 45 ]}

موصل 48 فولت HPWR

في عام 2021، قدمت مواصفات PCIe Card Electromechanical (CEM، تُنطق مثل "كيم" في كلمة "كيمياء") موصلًا لجهد 48 فولت مزودًا بموصلين لنقل التيار وأربعة دبابيس استشعار. وقد تم اعتماده في PCIe-CEM 5.1 لعام 2023. ^{[ 46 ]} يتحمل الموصل تيارًا مستمرًا يصل إلى 15 أمبير. ويمكن لموصل 48VHPWR نقل طاقة تصل إلى 720 واط.

مخطط توصيل 48VHPWR، جانب القابس

P1		P2
+48 فولت (15  أمبير)		أرضي (15  أمبير)
S1	S2	S3	S4
CARD_PWR_STABLE	CARD_CBL_PRES#	SENSE0	سينس 1

وفي وقت لاحق تمت إزالته وتم إدخال موصل 48 فولت 1×2 غير متوافق حيث يقع Sense0 و Sense1 في أبعد نقطة عن بعضهما البعض.

انحراف الطاقة

يشير مصطلح "تجاوز الطاقة" إلى ذروات قصيرة في استهلاك الطاقة تتجاوز الحد الأقصى المُصنّف (المُستدام) للطاقة. منذ إضافة إشعار تغيير هندسي (ECN) إلى PCIe-CEM 5.0، يجب أن تكون موصلات الطاقة الإضافية قادرة على التعامل مع استهلاك طاقة لمدة 100 ميكروثانية عند 3 أضعاف الحد الأقصى للطاقة المُستدامة، ثم ينخفض ​​إلى 1× عند مستوى نافذة ثانية واحدة وفقًا لخط لوغاريتمي. منذ PCIe-ECM 5.1، تتمتع طاقة الفتحة بتوسع مماثل في تجاوز الطاقة بمقدار 2.5 ضعف خلال 100  ميكروثانية. في CEM 5.1، لا يتم توفير حد تجاوز الطاقة الإضافي إلا بعد تهيئة البرنامج، وتحديدًا رسالة Set_Slot_Power_Limit. يُعدّ إشعار التغيير الهندسي (ECN) جزءًا من ATX 3.0، وPCIe CEM 5.1 جزء من ATX 3.1. ^{[ 47 ]}

بطاقة PCI Express Mini Card (المعروفة أيضًا باسم Mini PCI Express و Mini PCIe و Mini PCI-E و mPCIe و PEM )، والمبنية على معيار PCI Express، هي بديل لبطاقة Mini PCI . وقد طُوّرت هذه البطاقة من قِبل PCI-SIG . يدعم الجهاز المضيف كلاً من PCI Express و USB  2.0، ويمكن لكل بطاقة استخدام أيٍّ من المعيارين. تستخدم معظم أجهزة الكمبيوتر المحمولة المصنّعة بين عامي 2005 و2013 بطاقة Mini PCI Express لبطاقات التوسعة؛ ومع ذلك، اعتبارًا من عام 2015وقد اتجه العديد من البائعين نحو استخدام عامل الشكل M.2 الأحدث لهذا الغرض. ^{[ 48 ]}

نظراً لاختلاف أبعادها، فإن بطاقات PCI Express Mini Cards غير متوافقة فعلياً مع فتحات PCI Express القياسية كاملة الحجم؛ ومع ذلك، توجد محولات سلبية تسمح باستخدامها في الفتحات كاملة الحجم. ^{[ 49 ]}

نوع Mini-SATA (mSATA)

على الرغم من تشابه منفذ mSATA مع منفذ Mini PCI Express من حيث الشكل، إلا أنه ليس بالضرورة متوافقًا كهربائيًا معه. ولهذا السبب، فإن بعض أجهزة الكمبيوتر المحمولة فقط هي المتوافقة مع محركات أقراص mSATA. تعتمد معظم الأنظمة المتوافقة على معالجات Intel Sandy Bridge، باستخدام منصة Huron River. تدعم أجهزة الكمبيوتر المحمولة، مثل سلسلة ThinkPad T وW وX من Lenovo، التي صدرت في مارس/أبريل 2011، بطاقة mSATA SSD في منفذ بطاقة WWAN . كما تدعم أجهزة ThinkPad Edge E220s/E420s وLenovo IdeaPad Y460/Y560/Y570/Y580 تقنية mSATA. ^{[ 52 ]} في المقابل، لا تدعم سلسلة L، من بين أجهزة أخرى، سوى بطاقات M.2 التي تستخدم معيار PCIe في منفذ WWAN.

تستخدم بعض أجهزة الكمبيوتر المحمولة (وخاصةً Asus Eee PC و Apple MacBook Air وDell mini9 وmini10) نوعًا مختلفًا من بطاقة PCI Express Mini كوحدة تخزين SSD . يستخدم هذا النوع منافذ محجوزة وعدة منافذ غير محجوزة لتمرير واجهة SATA وIDE، مع الإبقاء فقط على منافذ USB وخطوط التأريض، وأحيانًا ناقل PCIe x1 الأساسي. ^{[ 53 ]} هذا يجعل محركات أقراص الفلاش ومحركات الحالة الصلبة "miniPCIe" المُباعة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة الصغيرة غير متوافقة إلى حد كبير مع تطبيقات PCI Express Mini الحقيقية.

كذلك، يبلغ  طول محرك الأقراص الصلبة SSD من نوع Mini PCIe من Asus عادةً 71 مم، مما يجعل طراز Dell ذو 51  مم يُشار إليه (خطأً) غالبًا بأنه نصف الطول.  وقد أُعلن عن محرك أقراص صلبة SSD حقيقي من نوع Mini PCIe بطول 51 مم في عام 2009، مزود بطبقتين من لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) المتراكبة، مما يسمح بسعة تخزين أكبر. ويحافظ التصميم المعلن عنه على واجهة PCIe، مما يجعله متوافقًا مع فتحة Mini PCIe القياسية. ولم يتم تطوير أي منتج عملي حتى الآن.

تُوفر إنتل العديد من لوحات سطح المكتب المزودة بفتحة PCIe ×1 Mini-Card، والتي لا تدعم عادةً محركات أقراص الحالة الصلبة mSATA. ويمكن الاطلاع على قائمة لوحات سطح المكتب التي تدعم mSATA بشكلٍ أصلي في فتحة PCIe ×1 Mini-Card (والتي عادةً ما تكون مُدمجة مع منفذ SATA) على موقع دعم إنتل. ^{[ 54 ]}

يحلّ منفذ M.2 محلّ معيار mSATA ومعيار Mini PCIe. ^{[ 55 ]} تشمل واجهات ناقل البيانات التي يوفرها موصل M.2 كلاً من PCI Express 3.0 أو أعلى (حتى أربعة مسارات)، وSerial ATA 3.0، وUSB 3.0 (منفذ منطقي واحد لكل من الأخيرين). ويعود اختيار الواجهات المدعومة إلى مُصنِّع جهاز M.2 المضيف أو الجهاز نفسه، وذلك بناءً على مستوى دعم المضيف المطلوب ونوع الجهاز.

تم إصدار مواصفات PCI Express External Cableling (المعروفة أيضًا باسم External PCI Express أو Cabled PCI Express أو ePCIe ) من قبل PCI-SIG في فبراير 2007. ^{[ 56 ] [ 57 ]}

تم تحديد كابلات وموصلات قياسية لعرض وصلات ×1، ×4، ×8، و×16، بمعدل نقل بيانات يبلغ 250  ميجابايت/ثانية لكل مسار. ويتوقع اتحاد PCI-SIG أن يتطور المعيار ليصل إلى 500  ميجابايت/ثانية، كما هو الحال في PCI Express 2.0. ومن الأمثلة على استخدامات PCI Express المُوَصَّل بالكابلات، علبة معدنية تحتوي على عدد من فتحات PCIe ودائرة محول PCIe إلى ePCIe. لم يكن هذا الجهاز ليُصنع لولا مواصفات ePCIe.

تستخدم العديد من الأشكال الأخرى، أو يمكنها استخدام، تقنية PCIe. وتشمل هذه:

• بطاقة منخفضة الارتفاع
• ExpressCard : خليفة عامل شكل بطاقة الكمبيوتر الشخصي (مع منفذ PCIe واحد ومنفذ USB 2.0؛ قابل للتوصيل السريع)
• وحدة PCI Express ExpressModule: وحدة نمطية قابلة للتوصيل السريع مصممة للخوادم ومحطات العمل
• بطاقة XQD : معيار لبطاقات الذاكرة الفلاشية قائم على PCI Express من قِبل جمعية CompactFlash مع منفذي PCIe ×2
• بطاقة CFexpress : بطاقة ذاكرة فلاش تعتمد على تقنية PCI Express من إنتاج جمعية CompactFlash، متوفرة بثلاثة أحجام تدعم من 1 إلى 4 مسارات PCIe
• بطاقة SD: يستخدم ناقل SD Express ، الذي تم تقديمه في الإصدار 7.0 من مواصفات SD، وصلة PCIe ×1
• XMC : مشابه لعامل الشكل CMC / PMC (VITA 42.3)
• AdvancedTCA : مكمل لـ CompactPCI للتطبيقات الأكبر حجمًا؛ يدعم تصميمات اللوحة الخلفية القائمة على التسلسل.
• AMC : مكمل لمواصفات AdvancedTCA ؛ يدعم المعالج ووحدات الإدخال/الإخراج على لوحات ATCA (×1، ×2، ×4 أو ×8 PCIe).
• FeaturePak : بطاقة توسعة صغيرة الحجم (43  مم × 65  مم) للتطبيقات المدمجة والتطبيقات صغيرة الحجم، تدعم وصلتي PCIe ×1 على موصل عالي الكثافة بالإضافة إلى USB وI2C وما يصل إلى 100 نقطة إدخال/إخراج
• وحدة الإدخال/الإخراج العالمية : نسخة معدلة من شركة سوبر مايكرو كمبيوتر مصممة للاستخدام في هياكل الحواسيب الصغيرة المثبتة على الرفوف. ^{[ 63 ]} يحتوي هذا الطراز على دعامة موصل معكوسة، لذا لا يمكن تركيبه في مقبس PCI Express العادي، ولكنه متوافق من حيث عدد الدبابيس ويمكن إدخاله إذا تمت إزالة الدعامة.
• M.2 (المعروف سابقًا باسم NGFF)
• توفر تقنية M-PCIe تقنية PCIe 3.0 للأجهزة المحمولة (مثل الأجهزة اللوحية والهواتف الذكية)، عبر الطبقة الفيزيائية M-PHY . ^{[ 64 ] [ 65 ]}
• المنافذ المتعلقة بتقنية SCSI المتصلة تسلسليًا :
  • تستخدم منافذ SATA Express و U.2 (المعروفة سابقًا باسم SFF-8639) و U.3 نفس المنفذ
  • SlimSAS (SFF-8654)
  • SFF-TA-1016 (موصل M-XIO)
  • SFF-TA-1026، SFF-TA-1033

يمكن لموصل فتحة PCIe أيضًا نقل بروتوكولات أخرى غير PCIe. تدعم بعض شرائح Intel من سلسلة 9xx تقنية Serial Digital Video Out ، وهي تقنية خاصة تستخدم فتحة لنقل إشارات الفيديو من معالج الرسوميات المدمج في وحدة المعالجة المركزية بدلاً من PCIe، وذلك باستخدام وحدة إضافية مدعومة.

يمكن أيضًا استخدام بروتوكول طبقة المعاملات PCIe عبر بعض الوصلات البينية الأخرى، والتي لا تُعد PCIe كهربائيًا:

• Thunderbolt : معيار توصيل مجاني (ابتداءً من Thunderbolt 3) من إنتل، يجمع بين بروتوكولات DisplayPort و PCIe في شكل متوافق مع Mini DisplayPort . كما يجمع Thunderbolt 3.0 بين USB 3.1 ويستخدم شكل USB-C بدلاً من Mini DisplayPort.
  • USB4 هو امتداد لـ Thunderbolt 3.0. Thunderbolt 4 و Thunderbolt 5 هما ملفان تعريفيان لـ USB4 يحددان مستويات أعلى من الميزات الإلزامية.

ملحوظات

في عام 2003، قدمت PCI-SIG معيار PCIe 1.0a، بمعدل بيانات لكل مسار يبلغ 0.25 جيجابايت في الثانية (GB/s) ومعدل نقل يبلغ 2.5 جيجا نقلة في الثانية (GT/s).

يُعبّر عن معدل النقل بالتحويلات في الثانية بدلاً من البتات في الثانية، لأن عدد التحويلات يشمل بتات الحمل الزائد، التي لا تُضيف أي إنتاجية إضافية؛ ^{[ 69 ]} يستخدم PCIe 1.x نظام تشفير 8b/10b ، مما ينتج عنه  حمل زائد بنسبة 20% (= 2/10) على عرض النطاق الترددي للقناة الخام. ^{[ 70 ]} لذا، في مصطلحات PCIe، يُشير معدل النقل إلى معدل البتات المُشفّرة: 2.5  جيجابت/ثانية تُعادل 2.5  جيجابت/ثانية على وصلة التسلسل المُشفّرة. وهذا يُقابل 2.0  جيجابت/ثانية من البيانات المُشفّرة مُسبقًا أو 0.25  جيجابايت/ثانية، وهو ما يُشار إليه بالإنتاجية في PCIe.

أعلنت PCI-SIG عن توفر مواصفات PCI Express Base 2.0 في 15 يناير 2007. ^{[ 72 ]} يضاعف معيار PCIe 2.0 معدل نقل البيانات مقارنةً بـ PCIe 1.0 ليصل إلى 5  جيجابت/ثانية، كما يرتفع معدل نقل البيانات لكل مسار من 250  ميجابايت/ثانية إلى 500  ميجابايت/ثانية. ونتيجةً لذلك، يمكن لموصل PCIe ذي 16 مسارًا (×16) دعم معدل نقل بيانات إجمالي يصل إلى 8  جيجابايت/ثانية.

فتحات اللوحة الأم PCIe 2.0 متوافقة تمامًا مع بطاقات PCIe v1.x. كما أن بطاقات PCIe 2.0 متوافقة عمومًا مع لوحات PCIe 1.x الأم، باستخدام عرض النطاق الترددي المتاح لـ PCI Express 1.1. بشكل عام، تعمل بطاقات الرسومات أو اللوحات الأم المصممة لـ v2.0، بينما تعمل الأخرى المصممة لـ v1.1 أو v1.0a.

وذكرت مجموعة PCI-SIG أيضاً أن PCIe 2.0 يتميز بتحسينات على بروتوكول نقل البيانات من نقطة إلى نقطة وهيكله البرمجي. ^{[ 73 ]}

كانت شريحة X38 أول شريحة من إنتل تدعم تقنية PCIe 2.0، وبدأت اللوحات الأم بالوصول إلى مختلف الموردين ( أبيت ، أسوس ، جيجابايت ) اعتبارًا من 21 أكتوبر 2007. ^{[ 74 ]} بدأت AMD بدعم PCIe 2.0 مع سلسلة شرائح AMD 700 ، وبدأت nVidia مع شريحة MCP72 . ^{[ 75 ]} جميع شرائح إنتل السابقة، بما في ذلك شريحة Intel P35 ، كانت تدعم PCIe 1.1 أو 1.0a. ^{[ 76 ]}

مثل الإصدار 1.x، يستخدم PCIe 2.0 نظام ترميز 8b/10b ، وبالتالي يوفر، لكل مسار،  معدل نقل فعال يصل إلى 4 جيجابت/ثانية من  معدل البيانات الخام البالغ 5 جيجابت/ثانية.

أُتيحت النسخة 3.0 من المواصفات الأساسية لـ PCI Express 3.0 في نوفمبر 2010، بعد عدة تأجيلات. في أغسطس 2007، أعلنت PCI-SIG أن PCI Express 3.0 سيدعم معدل نقل بيانات يصل إلى 8 جيجا نقلة في الثانية (GT/s)، وأنه سيكون متوافقًا مع الإصدارات السابقة من PCI Express. في ذلك الوقت، أُعلن أيضًا عن تأجيل إصدار المواصفات النهائية لـ PCI Express 3.0 حتى الربع الثاني من عام 2010. ^{[ 77 ]} تضمنت الميزات الجديدة لمواصفات PCI Express 3.0 عددًا من التحسينات لتعزيز الإشارات وسلامة البيانات، بما في ذلك معادلة الإرسال والاستقبال، وتحسينات PLL ، واستعادة بيانات الساعة، وتحسينات القنوات للطوبولوجيات المدعومة حاليًا. ^{[ 78 ]}

بعد تحليل فني استمر ستة أشهر لجدوى توسيع نطاق عرض النطاق الترددي للربط البيني PCI Express، وجد تحليل PCI-SIG أنه يمكن تصنيع 8 جيجا نقل في الثانية في تقنية معالجة السيليكون السائدة، ونشرها باستخدام المواد والبنية التحتية منخفضة التكلفة الحالية، مع الحفاظ على التوافق الكامل (بتأثير ضئيل) مع مجموعة بروتوكول PCI Express.

حسّنت تقنية PCI Express  3.0 نظام ترميز الخطوط من 8 بت/10 بت إلى 128 بت/130 بت ، مما قلل من استهلاك النطاق الترددي من 20% في PCI Express  2.0 إلى حوالي 1.54% (أي  2/130). ويوفر معدل نقل البيانات البالغ 8 جيجابت/ثانية في PCI Express 3.0  فعليًا 985  ميجابايت/ثانية لكل مسار، أي ما يقارب ضعف عرض النطاق الترددي للمسار مقارنةً بـ PCI Express 2.0. ^{[ 67 ]}

في 18 نوفمبر 2010، نشرت مجموعة PCI-SIG رسميًا المواصفات النهائية لـ PCI Express 3.0 لأعضائها لبناء أجهزة تعتمد على هذا الإصدار الجديد من PCI Express. ^{[ 79 ]}

في 29 نوفمبر 2011، أعلنت PCI-SIG مبدئيًا عن PCI Express 4.0، ^{[ 82 ]} الذي يوفر  معدل نقل بيانات يصل إلى 16 جيجابت/ثانية، أي ضعف عرض النطاق الترددي الذي يوفره PCI Express 3.0 ليصل إلى 31.5  جيجابايت/ثانية في كل اتجاه لتكوين 16 مسارًا، مع الحفاظ على التوافق مع الإصدارات السابقة واللاحقة في كل من دعم البرامج والواجهة الميكانيكية المستخدمة. ^{[ 83 ]} كما تتضمن مواصفات PCI Express 4.0 تقنية OCuLink-2، وهي بديل لتقنية Thunderbolt . تصل سرعة نقل البيانات في OCuLink الإصدار 2 إلى 16  جيجابت/ثانية (16  جيجابايت/ثانية إجمالًا لـ 8 مسارات)، ^{[ 58 ]} بينما يبلغ الحد الأقصى لعرض النطاق الترددي لوصلة Thunderbolt 3 5  جيجابايت/ثانية.

في مؤتمر مطوري PCI-SIG لعام 2016 ، عرضت شركات Cadence و PLDA و Synopsys تطويرها للطبقة الفيزيائية PCIe 4.0، ووحدة التحكم، والمحول، ووحدات الملكية الفكرية الأخرى. ^{[ 84 ]}

أعلنت شركة Mellanox Technologies عن أول  محول شبكة بسرعة 100 جيجابت/ثانية بتقنية PCIe 4.0 في 15 يونيو 2016، ^{[ 85 ]} وأول  محول شبكة بسرعة 200 جيجابت/ثانية بتقنية PCIe 4.0 في 10 نوفمبر 2016. ^{[ 86 ]}

في أغسطس 2016، عرضت شركة Synopsys نموذجًا تجريبيًا لوحدة FPGA تعمل بتردد مسار PCIe 4.0 في منتدى مطوري Intel . وقد تم ترخيص ملكيتها الفكرية لعدة شركات تخطط لعرض رقائقها ومنتجاتها في نهاية عام 2016. ^{[ 87 ]}

أعلنت شركة IBM في ندوة IEEE Hot Chips في أغسطس 2016 عن أول وحدة معالجة مركزية تدعم PCIe 4.0، وهي POWER9 . ^{[ 88 ] [ 89 ]}

أعلنت PCI-SIG رسميًا عن إصدار المواصفات النهائية لـ PCI Express 4.0 في 8 يونيو 2017. ^{[ 90 ]} تتضمن المواصفات تحسينات في المرونة وقابلية التوسع وانخفاض استهلاك الطاقة.

في 5 ديسمبر 2017، أعلنت شركة IBM عن أول نظام مزود بفتحات PCIe 4.0، وهو Power AC922. ^{[ 91 ] [ 92 ]}

قدمت شركة NETINT Technologies أول محرك أقراص صلبة NVMe قائم على PCIe 4.0 في 17 يوليو 2018، قبل قمة ذاكرة الفلاش 2018 ^{[ 93 ].}

أعلنت AMD في 9 يناير 2019 أن معالجاتها القادمة المبنية على معمارية Zen 2 وشريحة X570 ستدعم تقنية PCIe 4.0. ^{[ 94 ]} كانت AMD تأمل في توفير دعم جزئي للشرائح القديمة، لكن عدم استقرار مسارات اللوحة الأم التي لا تتوافق مع مواصفات PCIe 4.0 حال دون ذلك. ^{[ 95 ] [ 96 ]}

أصدرت شركة إنتل أولى وحدات المعالجة المركزية المحمولة الخاصة بها مع دعم PCI Express 4.0 في منتصف عام 2020، كجزء من بنية Tiger Lake الدقيقة. ^{[ 97 ]}

في يونيو 2017، أعلنت مجموعة PCI-SIG عن المواصفات الأولية لتقنية PCI Express 5.0. ^{[ 90 ]} كان من المتوقع أن يرتفع عرض النطاق الترددي إلى 32  جيجابت/ثانية، ما يُنتج 63  جيجابايت/ثانية في كل اتجاه في تكوين ذي 16 مسارًا. وكان من المتوقع اعتماد مسودة المواصفات كمعيار في عام 2019. في البداية، تم النظر أيضًا في 25.0 جيجابت/ثانية من الناحية الفنية.

في 7 يونيو 2017 في مؤتمر PCI-SIG DevCon، سجلت شركة Synopsys أول عرض توضيحي لتقنية PCI Express 5.0 بسرعة 32  جيجابت/ثانية. ^{[ 98 ]}

في 31 مايو 2018، أعلنت شركة PLDA عن توفر وحدة التحكم XpressRICH5 PCIe 5.0 IP الخاصة بها، والمستندة إلى المسودة 0.7 من مواصفات PCIe 5.0، في نفس اليوم. ^{[ 99 ] [ 100 ]}

في 10 ديسمبر 2018، أصدرت PCI SIG الإصدار 0.9 من مواصفات PCIe 5.0 لأعضائها، ^{[ 101 ]} وفي 17 يناير 2019، أعلنت PCI SIG عن التصديق على الإصدار 0.9، مع استهداف الإصدار 1.0 للإصدار في الربع الأول من عام 2019. ^{[ 102 ]}

في 29 مايو 2019، أعلنت PCI-SIG رسميًا عن إصدار المواصفات النهائية لـ PCI Express 5.0. ^{[ 103 ]} حافظت PCI Express 5.0 على التوافق مع الإصدارات السابقة من مواصفات PCI Express.

في 20 نوفمبر 2019، قدمت شركة جيانغسو هواكون أول وحدة تحكم PCIe 5.0 HC9001 في  عملية تصنيع 12 نانومتر ^{[ 104 ]} وبدأ الإنتاج في عام 2020.

في 17 أغسطس 2020، أعلنت شركة IBM عن معالج Power10 المزود بتقنية PCIe 5.0 وما يصل إلى 32 مسارًا لكل وحدة شريحة واحدة (SCM) وما يصل إلى 64 مسارًا لكل وحدة شريحة مزدوجة (DCM). ^{[ 105 ]}

في 9 سبتمبر 2021، أعلنت شركة IBM عن خادم Power E1080 Enterprise، ومن المقرر إطلاقه في 17 سبتمبر. ^{[ 106 ]} يمكن أن يحتوي على ما يصل إلى 16 وحدة Power10 SCM، بحد أقصى 32 فتحة لكل نظام، والتي يمكن أن تعمل كمنافذ PCIe 5.0 × 8 أو PCIe 4.0 × 16. ^{[ 107 ]} كما يمكن استخدامها كمنافذ PCIe 5.0 × 16 لمحولات CXP الضوئية الاختيارية المتصلة بوحدات توسعة PCIe الخارجية.

في 27 أكتوبر 2021، أعلنت شركة إنتل عن الجيل الثاني عشر من عائلة معالجات Intel Core، وهي أول معالجات x86-64 للمستهلكين في العالم مزودة بتقنية PCIe 5.0 (حتى 16 مسارًا). ^{[ 108 ]}

في 22 مارس 2022، أعلنت شركة Nvidia عن وحدة معالجة الرسومات Nvidia Hopper GH100، وهي أول وحدة معالجة رسومات في العالم تدعم PCIe 5.0. ^{[ 109 ]}

في 23 مايو 2022، أعلنت AMD عن معمارية Zen 4 التي تدعم ما يصل إلى 24 مسارًا من اتصال PCIe 5.0 على منصات المستهلكين و128 مسارًا على منصات الخوادم. ^{[ 110 ] [ 111 ]}

في 18 يونيو 2019، أعلنت PCI-SIG عن تطوير مواصفات PCI Express 6.0. من المتوقع أن يرتفع عرض النطاق الترددي إلى 64  جيجابت/ثانية، مما يُتيح نقل بيانات يصل إلى 128  جيجابايت/ثانية في كل اتجاه ضمن تكوين 16 مسارًا، مع تاريخ إصدار مُستهدف في عام 2021. ^{[ 112 ]} يستخدم المعيار الجديد تعديل سعة النبضة رباعي المستويات (PAM-4) مع تصحيح خطأ أمامي منخفض الكمون (FEC) بدلاً من تعديل عدم العودة إلى الصفر (NRZ). ^{[ 113 ]} على عكس إصدارات PCI Express السابقة، يُستخدم تصحيح الخطأ الأمامي لزيادة سلامة البيانات، ويُستخدم PAM-4 كرمز خطي بحيث يتم نقل بتين لكل عملية نقل. مع معدل نقل بيانات يبلغ 64 جيجابت/ثانية (معدل البت الخام)، يُمكن الوصول  إلى 121 جيجابايت/ثانية في كل اتجاه ضمن تكوين ×16. ^{[ 112 ]} 

في 24 فبراير 2020، تم إصدار مواصفات PCI Express 6.0 الإصدار 0.5 (مسودة أولية تتضمن جميع الجوانب المعمارية والمتطلبات المحددة). ^{[ 114 ]}

في 5 نوفمبر 2020، تم إصدار مواصفات PCI Express 6.0 الإصدار 0.7 (مسودة كاملة تتضمن مواصفات كهربائية تم التحقق من صحتها عبر رقائق الاختبار). ^{[ 115 ]}

في 6 أكتوبر 2021، تم إصدار مواصفات PCI Express 6.0 المراجعة 0.9 (مسودة نهائية). ^{[ 116 ]}

في 11 يناير 2022، أعلنت PCI-SIG رسميًا عن إصدار المواصفات النهائية لـ PCI Express 6.0. ^{[ 117 ]} حافظت PCI Express 6.0 على التوافق مع الإصدارات السابقة من مواصفات PCI Express.

ينتج عن ترميز PAM-4 معدل خطأ بت (BER) أعلى بكثير يصل إلى ^10⁻⁶ (مقارنةً بـ 10⁻¹² ^سابقًا )، لذا يُستخدم تصحيح الخطأ الأمامي المتداخل ثلاثي الاتجاهات (FEC) بالإضافة إلى فحص التكرار الدوري (CRC) بدلاً من ترميز 128b/130b. تحمل وحدة التحكم في التدفق (FLIT) الثابتة بحجم 256 بايت 242 بايت من البيانات، والتي تشمل حزم مستوى المعاملات (TLP) ذات الأحجام المتغيرة وحمولة طبقة ربط البيانات (DLLP)؛ أما البايتات الـ 14 المتبقية فهي محجوزة لـ CRC بحجم 8 بايت وFEC بحجم 6 بايت. ^{[ 118 ] [ 119 ]} يُستخدم رمز Gray ثلاثي الاتجاهات في وضع PAM-4/FLIT لتقليل معدل الخطأ؛ ولا تتحول الواجهة إلى NRZ وترميز 128/130b حتى عند إعادة التدريب لخفض معدلات البيانات. ^{[ 120 ] [ 121 ]}

لم يتم إطلاق أجهزة PCIe 6.0 حتى أغسطس 2025، ^{[ 122 ]} أي بعد حوالي ثلاث سنوات من إصدار المواصفات النهائية، وبعد فترة وجيزة من نشر مواصفات PCIe 7.0. ^{[ 123 ]} وُصِف هذا التأخير بأنه غير مسبوق، حيث أشارت مجلة PCWorld إلى أن تقنية PCIe 6.0 ظلت لسنوات عديدة "على الورق فقط". ^{[ 124 ]}

في 21 يونيو 2022، أعلنت PCI-SIG عن تطوير مواصفات PCI Express 7.0. ^{[ 125 ]} ستوفر هذه المواصفات  معدل نقل بيانات خام يصل إلى 128 جيجابت/ثانية، وما يصل إلى 242  جيجابايت/ثانية لكل اتجاه في تكوين ×16، باستخدام نفس إشارة PAM4 المستخدمة في الإصدار 6.0. سيتم مضاعفة معدل نقل البيانات من خلال ضبط دقيق لمعلمات القناة لتقليل فقد الإشارة وتحسين كفاءة الطاقة، ولكن من المتوقع أن يمثل ضمان سلامة الإشارة تحديًا. من المتوقع الانتهاء من وضع المواصفات النهائية في عام 2025.

في 3 أبريل 2024، تم إصدار مواصفات PCI Express 7.0 الإصدار 0.5 (مسودة أولية). ^{[ 126 ]}

في 17 يناير 2025، أعلنت PCI-SIG عن إصدار مواصفات PCIe 7.0 الإصدار 0.7 (مسودة كاملة). ^{[ 127 ]}

في 19 مارس 2025، أعلنت PCI-SIG عن إصدار مواصفات PCIe 7.0 الإصدار 0.9 (مسودة نهائية)؛ ولا يزال من المخطط إصدار النسخة النهائية في عام 2025. ^{[ 128 ]}

تم صياغة النقاط الرئيسية التالية كأهداف للمعيار الجديد:

• يوفر معدل بت خام يبلغ 128 جيجابت/ثانية وما يصل إلى 512 جيجابايت/ثانية ثنائي الاتجاه عبر تكوين ×16
• استخدام إشارات PAM4 (تعديل سعة النبضة بأربعة مستويات)
• التركيز على معايير القناة ومدى الوصول
• تحسين كفاءة الطاقة
• مواصلة تحقيق أهداف زمن الاستجابة المنخفض والموثوقية العالية
• الحفاظ على التوافق مع جميع الأجيال السابقة من تقنية PCIe

في 11 يونيو 2025، أعلنت PCI-SIG رسميًا عن إصدار المواصفات النهائية لـ PCI Express 7.0. ^{[ 129 ]}

علّقت PCI-SIG عند إصدارها بأنها لا تتوقع وصول PCIe 7.0 إلى سوق أجهزة الكمبيوتر الشخصية لفترة من الوقت. وبدلاً من ذلك، تستهدف هذه الواجهة في البداية الحوسبة السحابية، وشبكات إيثرنت بسرعة 800 جيجابت، وتطبيقات الذكاء الاصطناعي. ^{[ 124 ]}

في 5 أغسطس 2025، أعلنت PCI-SIG عن تطوير PCI Express 8.0. ومن المقرر إصدار المواصفات بحلول عام 2028. وستوفر هذه المواصفات ضعف سرعة الإصدار السابق، بمعدل نقل بيانات خام يبلغ 256.0 جيجابت/ثانية، وسرعة نقل بيانات ثنائية الاتجاه تصل إلى 1 تيرابايت/ثانية عبر تكوين ×16. ^{[ 130 ]}

يوجد 5 إصدارات/نقاط تفتيش أساسية في مواصفات PCI-SIG: ^{[ 137 ]}

• المسودة 0.3 (المفهوم): قد يحتوي هذا الإصدار على تفاصيل قليلة، ولكنه يحدد النهج العام والأهداف.
• المسودة 0.5 (المسودة الأولى): يحتوي هذا الإصدار على مجموعة كاملة من المتطلبات المعمارية ويجب أن يعالج بشكل كامل الأهداف المحددة في المسودة 0.3.
• المسودة 0.7 (مسودة كاملة): يجب أن تتضمن هذه النسخة مجموعة كاملة من المتطلبات والأساليب الوظيفية المحددة، ولا يجوز إضافة أي وظائف جديدة إلى المواصفات بعد هذه النسخة. قبل إصدار هذه المسودة، يجب التحقق من صحة المواصفات الكهربائية باستخدام رقائق السيليكون التجريبية.
• المسودة 0.9 (المسودة النهائية): يسمح هذا الإصدار للشركات الأعضاء في PCI-SIG بإجراء مراجعة داخلية للملكية الفكرية، ولا يُسمح بإجراء أي تغييرات وظيفية بعد هذه المسودة.
• 1.0 (الإصدار النهائي): هذه هي المواصفات النهائية والنهائية، وأي تغييرات أو تحسينات تتم من خلال وثائق الأخطاء وإشعارات تغيير الهندسة (ECNs) على التوالي.

تاريخيًا، يبدأ أوائل من يتبنون مواصفات PCIe الجديدة عادةً التصميم باستخدام الإصدار 0.5، إذ يمكنهم بناء منطق تطبيقاتهم بثقة حول تعريف النطاق الترددي الجديد، وغالبًا ما يبدأون حتى في تطوير أي ميزات بروتوكول جديدة. مع ذلك، في مرحلة الإصدار 0.5، لا يزال هناك احتمال كبير لحدوث تغييرات في تنفيذ طبقة بروتوكول PCIe الفعلية، لذا قد يتردد المصممون المسؤولون عن تطوير هذه الوحدات داخليًا في بدء العمل أكثر من أولئك الذين يستخدمون بروتوكولات واجهة من مصادر خارجية.

تنقسم مواصفات الطبقة الفيزيائية لـ PCIe ( PHY ، أو PCIEPHY ، أو PCI Express PHY ، أو PCIe PHY ) إلى طبقتين فرعيتين، إحداهما للمواصفات الكهربائية والأخرى للمواصفات المنطقية. تُقسّم الطبقة المنطقية أحيانًا إلى طبقة MAC وطبقة PCS، مع أن هذا التقسيم ليس جزءًا رسميًا من مواصفات PCIe. تُعرّف مواصفات PIPE، الصادرة عن شركة إنتل، ^{[ 139 ]} ، التقسيم الوظيفي لطبقتي MAC/PCS والواجهة بينهما. كما تُحدّد مواصفات PIPE طبقة ربط الوسائط الفيزيائية (PMA)، التي تشمل SerDes (المُسلسل/المُفكك التسلسلي) ودوائر تناظرية أخرى؛ إلا أنه نظرًا لاختلاف تطبيقات SerDes اختلافًا كبيرًا بين مُصنّعي ASIC ، فإن PIPE لا تُحدّد واجهة بين PCS وPMA.

على المستوى الكهربائي، يتكون كل مسار من زوجين تفاضليين أحاديي الاتجاه يعملان بسرعة 2.5 أو 5 أو 8 أو 16 أو 32 جيجابت /ثانية، وذلك حسب الإمكانيات المتفق عليها. ويمثل الإرسال والاستقبال زوجين تفاضليين منفصلين، ليصبح المجموع أربعة أسلاك بيانات لكل مسار. 

يُعرف الاتصال بين أي جهازين من أجهزة PCIe باسم " الرابط" ، ويتكون من مجموعة من مسار واحد أو أكثر . يجب أن تدعم جميع الأجهزة كحد أدنى رابطًا أحادي المسار (×1). يمكن للأجهزة، اختياريًا، دعم روابط أوسع تتكون من 32 مسارًا كحد أقصى. ^{[ 140 ] [ 141 ]} يتيح ذلك توافقًا ممتازًا من ناحيتين:

• تتناسب بطاقة PCIe فعليًا (وتعمل بشكل صحيح) في أي فتحة لا تقل عن حجمها (على سبيل المثال، تعمل بطاقة بحجم ×1 في أي فتحة مهما كان حجمها)؛
• يمكن توصيل فتحة ذات حجم مادي كبير (على سبيل المثال، ×16) كهربائياً بعدد أقل من المسارات (على سبيل المثال، ×1، ×4، ×8، أو ×12) طالما أنها توفر وصلات التأريض المطلوبة لحجم الفتحة المادي الأكبر.

في كلتا الحالتين، يتفاوض منفذ PCIe على أعلى عدد من المسارات المدعومة بشكل متبادل. وقد تم التحقق من دعم العديد من بطاقات الرسومات واللوحات الأم وإصدارات BIOS للاتصال بـ x1 و x4 و x8 و x16 على نفس الوصلة.

يبلغ عرض موصل PCIe 8.8  مم، بينما يبلغ ارتفاعه 11.25  مم، أما طوله فهو متغير. يبلغ  طول الجزء الثابت من الموصل 11.65 مم، ويحتوي على صفين من 11 دبوسًا في كل صف (22 دبوسًا إجمالًا)، بينما يتغير طول الجزء الآخر تبعًا لعدد المسارات. المسافة بين الدبابيس 1  مم، وسُمك البطاقة الداخلة في الموصل 1.6  مم. ^{[ 142 ] [ 143 ]}

تؤدي طبقة ربط البيانات ثلاث خدمات حيوية لوصلة PCIe:

1. ترتيب حزم طبقة المعاملات (TLPs) التي يتم إنشاؤها بواسطة طبقة المعاملات،
2. ضمان التسليم الموثوق لحزم TLP بين نقطتي نهاية عبر بروتوكول إقرار ( إشارات ACK و NAK ) يتطلب صراحةً إعادة تشغيل حزم TLP غير المُقر بها/التالفة.
3. تهيئة وإدارة أرصدة التحكم في التدفق

في جانب الإرسال، تُولّد طبقة ربط البيانات رقم تسلسلي متزايد لكل حزمة بيانات صادرة (TLP). يعمل هذا الرقم كعلامة تعريف فريدة لكل حزمة مُرسلة، ويُدرج في رأس الحزمة الصادرة. كما يُضاف رمز فحص التكرار الدوري (LCRC) ذو 32 بت إلى نهاية كل حزمة بيانات صادرة.

في جانب الاستقبال، يتم التحقق من صحة كل من رمز التحقق من التكرار الخطي (LCRC) ورقم التسلسل لحزمة TLP المستلمة في طبقة الربط. إذا فشل التحقق من التكرار الخطي (مما يشير إلى وجود خطأ في البيانات)، أو كان رقم التسلسل خارج النطاق (غير متسلسل من آخر حزمة TLP صالحة مستلمة)، تُعتبر حزمة TLP المعيبة، بالإضافة إلى أي حزم TLP مستلمة بعدها، غير صالحة ويتم تجاهلها. يرسل جهاز الاستقبال رسالة تأكيد سلبية (NAK) مع رقم تسلسل حزمة TLP غير الصالحة، طالبًا إعادة إرسال جميع حزم TLP التي تلي هذا الرقم التسلسلي. إذا اجتازت حزمة TLP المستلمة التحقق من التكرار الخطي وكان رقم تسلسلها صحيحًا، تُعامل على أنها صالحة. يقوم جهاز استقبال الربط بزيادة رقم التسلسل (الذي يتتبع آخر حزمة TLP صالحة مستلمة)، ويعيد توجيه حزمة TLP الصالحة إلى طبقة المعاملات الخاصة بجهاز الاستقبال. تُرسل رسالة تأكيد (ACK) إلى جهاز الإرسال البعيد، تشير إلى استلام حزمة TLP بنجاح (وبالتالي، جميع حزم TLP ذات أرقام التسلسل السابقة).

إذا تلقى المرسل رسالة رفض (NAK)، أو لم يتلقَّ أي تأكيد (NAK أو ACK) حتى انقضاء مهلة زمنية محددة، فعليه إعادة إرسال جميع حزم TLP التي لم تتلقَّ تأكيدًا إيجابيًا (ACK). وباستثناء حدوث عطل مستمر في الجهاز أو وسيط الإرسال، تُوفر طبقة الربط اتصالًا موثوقًا بطبقة المعاملات، لأن بروتوكول الإرسال يضمن تسليم حزم TLP عبر وسيط غير موثوق.

إضافةً إلى إرسال واستقبال حزم بيانات طبقة المعاملات (TLPs)، تقوم طبقة ربط البيانات أيضاً بإنشاء واستهلاك حزم بيانات طبقة ربط البيانات (DLLPs). ويتم تبادل إشارات التأكيد (ACK) والرفض (NAK) عبر حزم بيانات طبقة ربط البيانات، وكذلك بعض رسائل إدارة الطاقة ومعلومات رصيد التحكم في التدفق (نيابةً عن طبقة المعاملات).

عمليًا، يُحدَّد عدد حزم TLP غير المُستلمة أثناء الإرسال على الرابط بعاملين: حجم مخزن إعادة الإرسال الخاص بالمرسل (الذي يجب أن يخزن نسخة من جميع حزم TLP المُرسلة حتى يستلمها المُستقبِل البعيد)، ووحدات التحكم في التدفق التي يُصدرها المُستقبِل إلى المرسل. يتطلب معيار PCI Express من جميع المُستقبِلات إصدار حد أدنى من الوحدات، لضمان إمكانية إرسال حزم PCIConfig TLP وحزم الرسائل TLP عبر الرابط.

يقوم PCI Express بتنفيذ المعاملات المجزأة (المعاملات التي يتم فيها فصل الطلب والاستجابة حسب الوقت)، مما يسمح للرابط بنقل حركة مرور أخرى بينما يقوم الجهاز المستهدف بجمع البيانات للاستجابة.

يستخدم PCI Express نظام التحكم في التدفق القائم على الرصيد. في هذا النظام، يُعلن الجهاز عن رصيد أولي لكل مخزن مؤقت مُستلم في طبقة المعاملات الخاصة به. عند إرسال معاملات إلى الجهاز المُستقبِل، يقوم الجهاز الموجود على الطرف الآخر من الرابط بحساب عدد الأرصدة التي يستهلكها كل TLP من رصيده. لا يجوز للجهاز المُرسِل إرسال TLP إلا إذا كان ذلك لا يؤدي إلى تجاوز رصيده المُستهلك الحد الأقصى المسموح به. عند انتهاء الجهاز المُستقبِل من معالجة TLP من مخزنه المؤقت، يُشير إلى إعادة الأرصدة إلى الجهاز المُرسِل، مما يزيد الحد الأقصى للرصيد بمقدار الرصيد المُستعاد. عدادات الرصيد هي عدادات معيارية، وتتطلب مقارنة الأرصدة المُستهلكة بالحد الأقصى للرصيد عمليات حسابية معيارية . تتمثل ميزة هذا النظام (مقارنةً بالأساليب الأخرى مثل حالات الانتظار أو بروتوكولات النقل القائمة على المصافحة) في أن زمن استجابة إعادة الرصيد لا يؤثر على الأداء، شريطة عدم الوصول إلى الحد الأقصى للرصيد. يتحقق هذا الافتراض عمومًا إذا صُمم كل جهاز بأحجام مخازن مؤقتة كافية.

يُذكر غالبًا أن تقنية PCIe 1.x تدعم معدل بيانات يبلغ 250  ميجابايت/ثانية في كل اتجاه، لكل مسار. هذا الرقم هو نتيجة حساب معدل الإشارة الفعلي (2.5 جيجابود ) مقسومًا على حجم البيانات الإضافية للترميز (10 بتات لكل بايت). هذا يعني أن بطاقة PCIe ذات 16 مسارًا (×16) ستكون قادرة نظريًا على نقل 16 × 250 ميجابايت/ثانية = 4 جيجابايت/ثانية في كل اتجاه. مع أن هذا صحيح من حيث بايتات البيانات، إلا أن الحسابات الأكثر دقة تعتمد على معدل حمولة البيانات القابلة للاستخدام، والذي يعتمد بدوره على خصائص حركة البيانات، وهي دالة لتطبيقات البرمجيات وبروتوكولات التشغيل الوسيطة.   

على غرار أنظمة الربط التسلسلي الأخرى عالية معدل نقل البيانات، يُعاني PCIe من عبء إضافي في البروتوكول والمعالجة نتيجةً لزيادة متانة النقل (CRC والإشعارات). قد تصل عمليات النقل أحادية الاتجاه الطويلة والمستمرة (مثل تلك الشائعة في وحدات تحكم التخزين عالية الأداء) إلى أكثر من 95% من معدل نقل البيانات الخام (للمسار) في PCIe. كما تستفيد هذه العمليات بشكل كبير من زيادة عدد المسارات (×2، ×4، إلخ). ولكن في التطبيقات الأكثر شيوعًا (مثل وحدة تحكم USB أو Ethernet )، يتميز نمط حركة البيانات بحزم بيانات قصيرة مع إشعارات متكررة. ^{[ 148 ]} يُقلل هذا النوع من حركة البيانات من كفاءة الرابط، نظرًا للعبء الإضافي الناتج عن تحليل الحزم والمقاطعات القسرية (سواء في واجهة المضيف للجهاز أو وحدة المعالجة المركزية للحاسوب). ولأنه بروتوكول للأجهزة المتصلة بنفس لوحة الدوائر المطبوعة ، فإنه لا يتطلب نفس مستوى تحمل أخطاء الإرسال الذي يتطلبه بروتوكول الاتصال عبر مسافات أطول، وبالتالي، فإن هذا الانخفاض في الكفاءة ليس خاصًا بـ PCIe.

أما بالنسبة لأي روابط اتصال شبيهة بالشبكة، فإن جزءًا من عرض النطاق الترددي الخام يتم استهلاكه بواسطة النفقات العامة للبروتوكول: ^{[ 149 ]}

على سبيل المثال، يوفر مسار PCIe 1.x معدل بيانات إضافيًا على الطبقة الفيزيائية يبلغ 250  ميجابايت/ثانية (أحادي الاتجاه). ويعود ذلك إلى  معدل بت يبلغ 2.5 جيجابت/ثانية مضروبًا في كفاءة ترميز الخط 8 بت/10 بت (انظر جدول المقارنة ). هذا ليس عرض نطاق الحمولة، بل عرض نطاق الطبقة الفيزيائية - إذ يجب أن يحمل مسار PCIe معلومات إضافية ليعمل بكامل طاقته. ^{[ 149 ]}

وبالتالي فإن الحمل الزائد للجيل الثاني هو 20 أو 24 أو 28 بايت لكل معاملة.

وبالتالي فإن الحمل الزائد للجيل الثالث هو 22 أو 26 أو 30 بايت لكل معاملة.

تبلغ كفاءة نقل البيانات ( الحمولة / الحمولة + النفقات العامة ) 86% لحمولة حجمها 128 بايت، و98% لحمولة حجمها 1024 بايت. أما بالنسبة لعمليات الوصول الصغيرة، مثل ضبط إعدادات السجلات (4 بايت)، فتنخفض الكفاءة إلى 16%. مع ذلك، فإن معظم سجلات تهيئة PCIe تقع في منطقة DMA مرتبطة بسجلات التحكم في وحدة المعالجة المركزية، ولا تتطلب الوصول إلى ناقل البيانات.

يُحدد الحد الأقصى لحجم الحمولة (MPS) على جميع الأجهزة بناءً على أصغر قيمة قصوى على أي جهاز في السلسلة. إذا كان حجم الحمولة الأقصى لأحد الأجهزة 128 بايت، فيجب على جميع أجهزة الشجرة ضبط حجم الحمولة الأقصى لديها على 128 بايت. في هذه الحالة، ستكون كفاءة ناقل البيانات القصوى للكتابة 86%. ^{[ 149 ] : 3}

نظرياً، يمكن لبطاقة PCIe خارجية أن تمنح جهاز الكمبيوتر المحمول قوة رسومات تضاهي أجهزة الكمبيوتر المكتبية، وذلك بتوصيله بأي بطاقة رسومات PCIe مكتبية (مغلفة بغلاف خارجي خاص بها، مزودة بمصدر طاقة ونظام تبريد)؛ وهذا ممكن باستخدام واجهة ExpressCard أو Thunderbolt . توفر واجهة ExpressCard معدلات نقل بيانات تصل إلى 5  جيجابت/ثانية (  معدل نقل بيانات 0.5 جيجابايت/ثانية)، بينما توفر واجهة Thunderbolt معدلات نقل بيانات تصل إلى 40  جيجابت/ثانية (  معدل نقل بيانات 5 جيجابايت/ثانية).

في عام 2006، طورت شركة إنفيديا عائلة معالجات الرسوميات الخارجية Quadro Plex PCIe ، والتي يمكن استخدامها لتطبيقات الرسوميات المتقدمة في السوق الاحترافية. ^{[ 150 ]} تتطلب هذه البطاقات منفذ PCI Express x8 أو x16 لبطاقة جانب المضيف، والتي تتصل بـ Plex عبر VHDCI الذي يحمل ثمانية مسارات PCIe. ^{[ 151 ]}

في عام ٢٠٠٨، أعلنت AMD عن تقنية ATI XGP ، القائمة على نظام كابلات خاص متوافق مع نقل إشارات PCIe ×٨. ^{[ ١٥٢ ]} يتوفر هذا الموصل في أجهزة الكمبيوتر المحمولة Fujitsu Amilo وAcer Ferrari One. أطلقت Fujitsu بعد ذلك بوقت قصير وحدة AMILO GraphicBooster الخاصة بتقنية XGP. ^{[ ١٥٣ ]} وفي عام ٢٠١٠ تقريبًا، أطلقت Acer وحدة Dynavivid الرسومية لتقنية XGP. ^{[ ١٥٤ ]}

في عام ٢٠١٠، طُرحت موزعات بطاقات خارجية يمكن توصيلها بأجهزة الكمبيوتر المحمولة أو المكتبية عبر منفذ PCI ExpressCard. تدعم هذه الموزعات بطاقات الرسومات كاملة الحجم. ومن الأمثلة عليها: MSI GUS، ^{[ ١٥٥ ]} وViDock من Village Instrument، ^{[ ١٥٦ ]} وAsus XG Station ، ومحول Bplus PE4H V3.2، ^{[ ١٥٧ ]} بالإضافة إلى أجهزة أخرى مُصممة يدويًا. ^{[ ١٥٨ ]} إلا أن هذه الحلول محدودة بحجم (غالبًا ×١ فقط) وإصدار منفذ PCIe المتاح في الكمبيوتر المحمول.

أتاحت واجهة Intel Thunderbolt خيارًا جديدًا لتوصيل بطاقة PCIe خارجيًا. وقد أصدرت شركة Magma جهاز ExpressBox 3T، الذي يتسع لثلاث بطاقات PCIe (اثنتان بسرعة ×8 وواحدة بسرعة ×4). ^{[ 159 ]} كما أصدرت MSI جهاز Thunderbolt GUS II، وهو هيكل PCIe مخصص لبطاقات الفيديو. ^{[ 160 ]} أما منتجات أخرى مثل Sonnet's Echo Express ^{[ 161 ]} وmLogic's mLink فهي هياكل Thunderbolt PCIe أصغر حجمًا. ^{[ 162 ]}

في عام 2017، تم طرح موزعات بطاقات خارجية أكثر تطوراً، مثل Razer Core، الذي يحتوي على واجهة PCIe x16 كاملة الطول. ^{[ 163 ]}

يمكن استخدام بروتوكول PCI Express كواجهة بيانات لأجهزة ذاكرة الفلاش ، مثل بطاقات الذاكرة ومحركات الأقراص الصلبة (SSDs).

بطاقة XQD هي نوع من بطاقات الذاكرة التي تستخدم PCI Express، وقد طورتها جمعية CompactFlash، مع معدلات نقل تصل إلى 1  جيجابايت/ثانية. ^{[ 164 ]}

صُممت العديد من محركات الأقراص الصلبة SSD عالية الأداء والمخصصة للمؤسسات كبطاقات تحكم PCI Express RAID . قبل توحيد معيار NVMe، استخدمت العديد من هذه البطاقات واجهات خاصة وبرامج تشغيل مخصصة للتواصل مع نظام التشغيل؛ وكانت تتميز بمعدلات نقل بيانات أعلى بكثير (أكثر من 1 جيجابايت/ثانية) وعدد عمليات إدخال/إخراج في الثانية (أكثر من مليون عملية إدخال/إخراج في الثانية) مقارنةً بمحركات Serial ATA أو SAS . ^{[ 165 ] [ 166 ]} على سبيل المثال، في عام 2011، طورت شركتا OCZ وMarvell معًا وحدة تحكم PCI Express أصلية لمحركات الأقراص الصلبة SSD لفتحة PCI Express 3.0 × 16 بسعة قصوى تبلغ 12 تيرابايت وأداء يصل إلى 7.2 جيجابايت/ثانية في عمليات النقل المتسلسلة وما يصل إلى 2.52 مليون عملية إدخال/إخراج في الثانية في عمليات النقل العشوائية. ^{[ 167 ]}    

كانت SATA Express واجهة لتوصيل محركات الأقراص الصلبة SSD عبر منافذ متوافقة مع SATA، وتوفر اختياريًا مسارات PCI Express متعددة كوصلة PCI Express خالصة لجهاز التخزين المتصل. ^{[ 168 ]} أما M.2 فهي مواصفة لبطاقات توسعة الكمبيوتر المثبتة داخليًا والموصلات المرتبطة بها، والتي يمكنها استخدام ما يصل إلى أربعة مسارات PCI Express. ^{[ 169 ]}

يمكن لأجهزة التخزين PCI Express تطبيق كلٍ من واجهة AHCI المنطقية للتوافق مع الإصدارات السابقة، وواجهة NVM Express المنطقية لعمليات الإدخال/الإخراج الأسرع بكثير بفضل الاستفادة من التوازي الداخلي الذي توفره هذه الأجهزة. كما يمكن لمحركات الأقراص الصلبة SSD من فئة المؤسسات تطبيق SCSI عبر PCI Express . ^{[ 170 ]}

تتطلب بعض تطبيقات مراكز البيانات (مثل مجموعات الحواسيب الكبيرة ) استخدام وصلات الألياف الضوئية نظرًا لقيود المسافة المتأصلة في كابلات النحاس. عادةً ما يكفي معيار موجه للشبكة مثل إيثرنت أو قناة الألياف لهذه التطبيقات، ولكن في بعض الحالات يكون العبء الإضافي الناتج عن البروتوكولات القابلة للتوجيه غير مرغوب فيه، وتكون هناك حاجة إلى وصلة أدنى مستوى، مثل إنفينيباند أو رابيد آي أو أو NUMAlink . من حيث المبدأ، يمكن استخدام معايير ناقل البيانات المحلي مثل PCIe وهايبر ترانسبورت لهذا الغرض، ^{[ 171 ]} ولكن اعتبارًا من عام 2015، الحلول متاحة فقط من موردين متخصصين مثل Dolphin ICS و TTTech Auto.