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パソコンと周辺機器の接続

キーワード

ポート、コネクタ、USB、プラグアンドプレイ、ホットプラグ、シリアルポート、パラレルポート

過去問題:「周辺機器との接続インタフェース」(hs-shuhen-interface)


パソコンと周辺機器の接続をポートとかコネクタといいます。代表的なポートを下図に示します。ケーブルはストレートケーブルを用います。

各種ポートの写真
シリアルポート
シリアルポートはRS-232C規格に準拠したもので,モデム,ターミナルアダプタ,プロジェクタなどの接続に用いられます。最大転送速度は約100kbps。従来は25ピンだったのですが,次第に形状の小さい9ピンのほうが普及しました。
パラレルポート
パラレルポートは,セントロニクスともいいます。以前はプリンタとの接続によく用いられるので,プリンタポートともいいわれていました。
シリアルとパラレルについて
本来は,「パラレル」「シリアル」は個別のインタフェースではなく分類を示す名前です。シリアルインターフェースは、1ビットずつ転送する方式で、パラレルインターフェースは、複数ビット(8バイト、32ビットなど)を同時に転送する方式です。
 一見、パラレルのほうが高速なようですが、パラレルでは、複数の信号がすべて同時に送出され、同時に届くことを前提にしています。しかし、信号の転送時間は配線の長さや形状その他の条件で変化するので、多ビットに対応した配線を同一条件にするのは困難です。それに対して、シリアルでの高速化技術が急速に発展してきました。その結果、シリアルのほうが高速転送が実現しやすいのです。
 そのため、新規の規格はシリアルが主流になり、従来パラレルを対象にしていた規格もシリアルの規格ももつようになりました。
    シリアル:RS-232C,USB,IEEE1394、SATAなど
    パラレル:セントロニクス,IDE,SCSI、PCIなど
 プリンタも現在ではUSBやLANなどシリアルでの接続が一般的になっています。
IDE(Integrated Drive Electronics)
磁気ディスク(通常は内蔵ディスク)のパラレル接続方式です。ANSIにより、IDEに若干の改良を行い規格化されATA(Advanced Technology Attachment)となりました。パソコンとの接続は1対1のスター型接続です。
SATA(Serial ATA)
ATAの後続規格です。シリアル接続にして高速化したもので、これがUSB3.0とともに、外付けディスク接続の主流になっています。
PCI(Peripheral Components Interconnect)
パソコン内部の各パーツ間を結ぶバス規格です。従来はISA(Industrial Standard Architecture bus)が業界標準でしたが、現在ではほとんどのパソコンがPCIを採用しています。
AGP(Accelerated Graphics Port)
ビデオカード(ディスプレィ用の記憶装置)とメモリ間の専用バス(データ伝送路)の旧規格です。
SCSIポート
SCSI(スカジー)は,USBが普及する以前に広く利用されていたインタフェースで,光磁気ディスク,スキャナ,プリンタなど多様な周辺機器を7台(あるいは15台)チェーン状に接続できます。このような数珠つなぎの接続をデイジーチェーンといいます。チェーン状に接続するため、周辺機器に必ず1対の入口と出口のコネクタがついています。
SCSIの接続
USBポート
USBは,マウスやキーボードから各種外部記憶装置まで多様な周辺機器に接続でき,次のような長所を持つので,近頃は広く用いられるようになり,他の接続ポートは次第に廃れる傾向にあります。
  • ハブを介して最大127台の周辺機器をツリー状に接続できます。ほとんどの周辺機器と接続ができる汎用的な接続インタフェースです。シリアルインタフェースです。
    USBハブの接続
  • プラグ・アンド・プレイ機能、ホット・プラグ機能、バスパワー機能をもっています。
  • データ転送速度が高速です。USB1.1では12Mbps,USB2.0では480Mbps、USB3.0(スーパースピード)では5Gbps、USB3.1(スーパースピードプラス)では10Gbpsのスピードが得られます。
近年はUSB3.0が主流になっています。コネクタが青色になっているのが特徴です。
IEEE1394
FireWireとも呼ばれます。SCSIの後続規格で高速です。音声や映像などの転送に適したブロードキャスト転送方式を採用しています。
デイジーチェーン接続だけでなくツリー接続もできます。
プラグ・アンド・プレイ機能、ホット・プラグ機能をもっています。
(注)アイソクロナス転送
マルチメディアコンテンツのストリーミング再生などに適した通信方式。最低データ転送量が保証されており、全体の転送量が高くてもデータの途切れがない保証があります。
USB、IEEE 1394でサポートしています。
PCカードスロット
ノートパソコン等での小型メモリカードの差込口(スロット)です。USBポートと同様、プラグアンドプレイ、ホットスワップの機能をもっています。
SAS(Serial Attached SCSI)
SCSIの後継(デイジーチェーン接続)。高速、高信頼性。マルチタスク処理に適しています。SATAは、SASのサブセットでもあり、SATAの周辺機器はSASに接続できるが、その逆はできません。
赤外線ポート(IrDA)
デジタル・カメラや携帯情報端末などパソコンを接続するには,赤外線による接続方式がよく用いられています。その規格がIrDAです。最大データ転送速度が115.5kbpsのものと4Mbpsのものがあります。
通信方向に指向性があるので,接続対象の機器同士を向い合せて通信を行ないます。
PS/2ポート
キーボードやマウスとの接続に用いられます。これらはUSBポートに接続することもできますが,特に高速な必要もなく,現在でも標準装備しているパソコンもあります。
IEEE802.11
無線LANでの接続規格です。双方に無線LANボードを設置して接続します。
Bluetooth
数m~数十m程度の短距離の情報機器間での無線通信を行う規格。主に屋内でのパソコンやスマートフォンとマウスやキーボードなど周辺機器や情報家電との接続などに適している。複数のコントローラをもつゲーム機でもbluetoothを用いている。
  • 免許申請や使用登録の不要な2.4GHz帯の電波を使用
  • ピコネット機能:1台のマスター機器(パソコンなど)に最大7台のスレーブ機器(周辺機器など)が接続可能
  • 複数機器を混同を防ぐために、マスター機器に接続対象機器を認証設定しておく必要がある。
無線接続
Bluetoothも無線ですが、マウスやキーボードで「無線接続」対応としているのは、主に2.4GHz(5GHz)の周波数帯による無線のことを指す。パソコンのUSBコネクタに無線レシーバーを挿して、周辺機器に内蔵している無線機と接続する。方法はBluetoothとほぼ同じ

コネクタの便利な機能

USBやIEEE1394などでは、次のような便利な機能をもっています。

ホット・プラグ機能(ホットスワップ機能)
パソコンや機器の電源を入れたままコネクタの抜き差しができる機能です。
従来の接続方式では,本体の電源を入れる前に周辺装置の電源を入れる(切るときはその逆)とか,本体を使用中に周辺機器を取り付けたり外したりできませんでした。そのため、パソコンを使うときには、利用する周辺機器を予定する必要があり面倒でした。
プラグ・アンド・プレイ機能
周辺機器をパソコンに接続したとき,システムへのデバイスドライパの組込みや設定を自動的に行う機能です。
バスパワー機能
コネクタ、ケーブルを通して、パソコンから周辺機器に電力を供給する機能です。電力消費が少ない周辺機器は,電源に接続することなしにUSB接続するだけで電力供給を得ることができるので、電力線が不要になりました。
しかし、プリンタや外付けディスクなど電力消費が大きな周辺機器には使えません。これらは周辺機器自体が電力線からACアダプタを介して電力を得ます。それをセルフパワーといいます。
無線接続のマウスやキーボードでは、USBケーブルを使わず電池から電力を得ます。これもセルフパワーです。

ディスプレイやTVのインターフェース

ディスプレイ表示を高速に行うための機器をグラフィックボードとかビデオカードといいます。グラフィックボードの接続プロトコルには、グラフィックボードとマザーボードを接続する「内部インターフェース」とグラフィックボードとディスプレイを接続する「外部インターフェース」があります。

PCI Express
内部インターフェースでは、以前はAGPが使われていましたが、現在ではPCIを発展させたPCI Express が主流になっています。
D-sub
外部インターフェースでは、アナログ用であるD-subが広く使われていました。
DVI(Digital Visual Interface)
しかし近年では、外部インターフェースとして、デジタル用のDVIが主流になっています。より鮮明な画像が表示できます。
AV端子
D-subやDVIは、画像用データしか送れないので、音声データは別途の端子が必要です。AV端子は、主にテレビとビデオをアナログデータとして接続する端子として使われてきました。赤、白、黄の3つの端子があります。
HDMI(High-Definition Multimedia Interface)
近年は、映像と音声を1つの端子で接続できるHDMIが主流になっています。一切アナログ変換をしないので高品質の映像になります。テレビの地デジ化とともに、これが映像用コネクタの主流になってきました。

デバイスドライバ

パソコンの周辺装置をアプリケーションソフトから正しく利用できるようにするためのソフトウェアをデバイスドライバといいます。一般に周辺機器メーカーから提供され,最初にその機器を接続するときにインストールします。なお、普及している機器については、事前にOSにデバイスドライバが登録されているのが一般的です。
 OSの配下で一種のプラグインソフトウェアとして動作するので、OSを変更するとデバイスドライバも再インストールする必要があります。