入出力インタフェースの種類と特徴

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  • 入出力インタフェースの種類,転送方式,伝送速度,接続可能台数,用途などの特徴を理解する。
  • シリアルデータ転送方式とパラレルデータ転送方式や,周辺装置を接続する際の接続形態(トポロジ)の種類,特徴,使用される機器を理解する。

 

用語例:USB,RS-232C,IEEE 1394,SCSI,HDMI,PC カード,シリアルATA, Bluetooth,ZigBee,IrDA,NFC,FC(ファイバチャネル)、アナログ,ディジタル,スター接続,カスケード接続,ハブ,デイジーチェーン接続,ターミネータ,ツリー接続

入出力インタフェース

入出力インタフェースとは、コンピュータに周辺機器を接続するためのコネクタやケーブルの形状、伝送に用いる通信規格などを指します。

インタフェースは、コンピュータ本体と周辺装置との通信を整える働きをする部分で、データの転送方式には、シリアル方式のインタフェースと、パラレル方式のインタフェースとがあります。

シリアルインタフェース

1本の信号線を使って1ビットずつ順番にデータを転送する方式です。一度に転送するデータの量は少ないですが、ケーブルやコネクタの構造を単純化出来るので、高い動作周波数での転送速度を上げることが出来ます。

例:USB、LANケーブル、シリアルATA

パラレルインタフェース

複数の信号線を束ねたケーブルで、複数のビットを同時に転送する方式です。一度に転送するデータが多いので、動作周波数が低くてもデータを転送できます。しかし、シリアルインタフェースに比べ仕組みが複雑になること、ケーブルが太く、伝送距離が短いなどの短所もあります。

例:SCSIケーブル、IDE、パラレルケーブル

通信速度

データ通信の速度は「ビット/秒」(bps:bits per second)を単位として表します。「ビット/秒」は1秒間に転送できるデータ量をビット単位で表したものです。

1bpsは、1秒間に1ビットのデータを送ることが出来る速さです。

USB

USBはコンピュータ用の入出力インタフェースとして広く使われている規格です。現在主流であるUSB2.0規格は最高480Mbpsの高速通信が可能です。

USB2.0には3つの転送モードがあり、高速性の求められる外付けハードディスクなどには、480Mbpsのハイスピードモード、プリンタやスキャナなどには12Mbpsのフルスピードモード、低速なキーボードやマウスなどには1.5Mbpsのロースピードモードが使用されています。
*一見、フルスピードモードが最も速いように思えますが、12Mbps=フルスピードモードなのは、旧規格のUSB1.1の規格の名残で、USB1.1の最高速度が12Mbpsであったため。

なお、最近では、転送速度が5Gbpsとさらに高速なUSB3.0という規格も登場し、外付けハードディスクなど対応商品も出てきています。

USB普及の背景

USBが広く使われるのは、プラグ・アンド・プレイやホットプラグインに対応するインタフェースであることも理由の一つです。
ホットプラグインとはコンピュータの電源を入れたままでケーブルの抜き差しができる機能です。
プラグ・アンド・プレイは、接続した周辺機器をOSが自動認識する機能です。

また、USBケーブルを介して周辺機器の電源がコンピュータ側から供給される「バスパワー」にも対応するため、消費電力の小さい機器なら、電源ケーブルを使わずにコンピュータからUSB経由で電源供給を受けて稼働できます。

USBハブ

USBハブを用いると、一つのUSBポートにコンピュータやハブを含めて最大127台までの機器を階層的なツリー型に接続できます。

コンピュータと周辺機器、USBケーブル、USBハブのうち、USB1.1のみに対応する機器が一つでもあれば、USB1.1の最高速度である12Mbpsでしか通信できなくなるため、USB接続する機器の選定には注意が必要です。

IEEE1394

IEEE1394は転送速度が100Mbps以上という高速なシリアルインタフェースで、主にデジタルビデオカメラなどで採用されています。「FireWire」や「i.Link」という名称で商標登録しているメーカーもあります。

最大63台の機器をデイジーチェーン接続(数珠つなぎ)でき、周辺装置同士を直結することもできます。

その他の主なインタフェース

コンピュータに使われる入出力インタフェースには、次のようなものがあります。

名称接続方法特徴
RS-232Cシリアル従来からモデム、TAなどの接続に用いられてきた低速なインタフェース。
セントロニクスパラレル従来からプリンタなどとの接続に用いられてきたインタフェース。
現在はIEEE1284として規格化されている。
SCSIパラレル従来からスキャナや外付けのハードディスクなどに用いられてきたインタフェース。
最大7台までデイジーチェーン接続が可能。
IDE/E-IDEパラレル内蔵ハードディスク、CD-ROMなどを内部で接続するためのインタフェース。
別名でATA、ATAPIともいう。
シリアルATAシリアルIDE/E-IDEの後継として位置づけられる磁気ディスクの高速インタフェース。
ケーブルが細く延長距離も長いため接続がしやすい。
最大転送速度が150MB/秒などと高速である。
IrDA赤外線赤外線による無線通信インタフェース。
最大4Mbpsの通信速度があるが、通信距離が1m程度と短く、機器を向き合わせる必要がある。
PDAとコンピュータ間や携帯電話同士のデータ交換などに使われる。
Bluetooth電波2.4GHz帯の電波を利用する無線通信インタフェース。
半径10m以内で最大3Mbpsの通信速度がある。
赤外線を利用するIrDAと違い、機器間に障害物があっても通信できる。