インタフェース
ハードウェア
コンピュータと周辺機器をつなぐ規格がインタフェース！USBが今の主流だよ！
インタフェース
簡単にいうと
コンピュータと周辺機器をつなぐ規格がインタフェース！USBが今の主流だよ！
① シリアル伝送とパラレル伝送
データをコンピュータから周辺機器へ送る方式は2種類あります。
シリアル伝送: データを1ビットずつ順番に送る方式です。配線が少なくて済み、ノイズの影響も受けにくいため、現在の高速インタフェースの主流はシリアル方式です。
パラレル伝送: 複数ビットを複数の信号線で同時に送る方式です。理論上は並列送信で高速になるはずですが、信号線間のタイミングのずれ（スキュー）やクロストーク（信号干渉）が高速化の障壁となり、現在は旧来の規格として位置づけられています。
② シリアルインタフェースの主要規格
| 規格 | 特徴 |
|---|---|
| USB | Universal Serial Bus。パソコンと周辺機器を接続する最も汎用的な規格。ホットプラグ対応 |
| SATA | Serial ATA。内蔵HDD/SSD接続用。転送速度は最大6Gbps（SATA3） |
| eSATA | 外付けHDD/SSD向けのSATA拡張規格 |
| mSATA | ノートPC向けの小型SATA規格 |
| NVMe | Non-Volatile Memory Express。PCI Express接続のSSD向け高速プロトコル。SATAの数倍の速度 |
| DVI | Digital Visual Interface。デジタル映像出力規格 |
| HDMI | High-Definition Multimedia Interface。映像＋音声を1本のケーブルで伝送 |
| DisplayPort | 高解像度・高リフレッシュレート対応の映像出力規格 |
| USB Type-C | 上下の向きがないリバーシブルコネクタ。多機能統合型 |
③ USB規格の歴史と速度比較
USBは1996年の登場以来、世代を重ねるごとに大幅に高速化してきました。
| USB規格 | 最大転送速度 | 通称 |
|---|---|---|
| USB 1.0 | 12 Mbps | Full Speed |
| USB 2.0 | 480 Mbps | Hi-Speed |
| USB 3.2 Gen 1 | 5 Gbps | SuperSpeed（旧USB 3.0） |
| USB 3.2 Gen 2 | 10 Gbps | SuperSpeed+（旧USB 3.1） |
| USB 3.2 Gen 2x2 | 20 Gbps | SuperSpeed 20Gbps |
| USB4 | 40 Gbps | - |
| USB4 v2.0 | 80 Gbps | - |
試験では特にUSB 2.0=480MbpsとUSB 3.2 Gen 1=5Gbpsの数値が問われやすいです。なお、USB規格は名称変更が何度も行われているため注意が必要です。たとえば「USB 3.0」は現在「USB 3.2 Gen 1」に改称されています。
④ USB Type-Cの4つの機能
USB Type-Cコネクタは従来のUSB Type-A/Bと異なり、上下の向きを気にせず差し込めるリバーシブル設計です。さらに以下の4機能を1つの端子に統合できる点が革新的です。
1. データ通信: USB規格に基づくデータ転送
2. 電力供給（USB PD）: USB Power Deliveryにより最大240Wの電力供給が可能。ノートPCの充電もUSB Type-Cケーブル1本で実現
3. 音声出力: イヤホン端子の代替としてデジタル音声を出力
4. 映像出力（DP Alt Mode）: DisplayPort Alternate Modeにより、外部ディスプレイへの映像出力が可能
⑤ パラレルインタフェース（歴史的規格）
現在はほとんど使用されませんが、試験では歴史的知識として出題されることがあります。
| 規格 | 特徴 |
|---|---|
| SCSI | Small Computer System Interface。最大15台の機器をデイジーチェーン接続可能 |
| セントロニクス | プリンタ接続用の36ピンパラレルインタフェース |
| パラレルATA（IDE） | HDD接続用のパラレル規格。SATAに置き換えられた |
⑥ ホットプラグとプラグアンドプレイ
| 用語 | 意味 |
|---|---|
| ホットプラグ | コンピュータの電源を入れたまま周辺機器の接続・取り外しができる機能。USBやeSATAが対応 |
| プラグアンドプレイ | 周辺機器を接続するだけで、OSが自動的にドライバをインストールし使える状態にする機能 |
ホットプラグは「電源ON状態での抜き差し」、プラグアンドプレイは「挿せばすぐ使える自動認識」という違いを明確にしておきましょう。
具体例
USBの下位互換性について、身近な例で考えてみましょう。
あなたが持っているUSB 2.0対応の外付けHDDを、最新のパソコンのUSB 3.2 Gen 1ポート（青いコネクタ）に接続したとします。
USB規格は下位互換性を持つため、USB 2.0の機器をUSB 3.2ポートに接続しても正常に動作します。ただし、転送速度はUSB 2.0の上限である480Mbpsに制限されます。USB 3.2 Gen 1の5Gbpsの速度は活用できません。
逆に、USB 3.2対応のフラッシュメモリを古いパソコンのUSB 2.0ポートに接続した場合も、動作はしますが速度は480Mbpsに制限されます。
つまり、接続された機器とポートのうち、遅い方の規格に合わせて動作するというのがUSBの下位互換性の仕組みです。最大速度を引き出すには、機器側もポート側も同じ（またはそれ以上の）規格に対応している必要があります。
試験のポイント
- ・要は「USB規格の速度(特にUSB2.0=480Mbps、USB3.2 Gen1=5Gbps)、Type-Cの4機能、ホットプラグ=電源ON挿抜」
- ・シリアル=1ビットずつ順番、パラレル=複数ビット同時だが現在はシリアルが主流
- ・NVMe=PCI Express接続のSSD用高速プロトコルも近年出題増加
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