【入出力インタフェース】基礎知識とデータ転送方式〜代表的な種類まで解説!

【入出力インタフェース】基礎知識とデータ転送方式〜代表的な種類まで解説!
ハテオ君

入出力インタフェースって何?コンピュータと周辺機器はどのように接続されているのかな...。

今回はこの悩みを解決します!

今回の記事テーマ

入出力インタフェースの基礎知識とデータ転送方式〜代表的な種類を徹底解説!

入出力インタフェースは、コンピュータと周辺機器を接続するためには無くてはならない存在です。IT業界を目指している方は必須の知識になります。

また、生活する上でもこの入出力インタフェースは登場して来ますので、今回の記事を参考に必要な知識を身に付けておきましょう。

本日の記事内容

記事の最後には、今回の内容に関しての確認問題も用意していますので、インプットとアウトプットとしても是非活用してみてください。

元中卒の自分が、誰でも理解できるように開設していきます。

それでは早速見ていきましょう。

黄島 成

入出力インタフェースとは何か?概要と意味 

入出力インタフェースとは何か?概要と意味 

いきなり入出力インタフェースと言っても何も分からないと思いますので、最初に以下の基礎知識を解説していきます。

  • インタフェースとは何か?
  • 入出力インタフェースとは何か?
  • インタフェースと入出力インタフェースの違い

順番に見ていきましょう。

インタフェースとは何か?

インタフェースとは、異なる何かを仲介するという意味を持っています。

具体的には、コンピュータとコンピュータをプログラムで結びつけるために必要な共用部分を指します。

このインタフェースは、コンピュータ本体と周辺機器との通信を整える働きをします。

インタフェースは「何かと何かを繋ぐ」という意味です。

入出力インタフェースとは何か?

入出力インタフェースとは、コンピュータと周辺機器を接続するための、規格の総称です。

具体的には、コンピュータ本体には、入出力装置や補助記憶装置などのさまざまな周辺装置を接続します。ちなみに「規格」とは、何かを行う時のルールの事です。

入出力インタフェースとは何か?
  • コネクタやケーブルの規格
  • データ転送の通信規格

コンピュータと周辺機器を接続する際は、異なる機器同士を繋ぐために必要な複数の規格をまとめて「入出力インタフェース」と言います呼びます。

入出力インタフェースは、異なる機器同士を繋ぐために必要な規格です。

インタフェースと入出力インタフェースの違い

両方の違い

  • インタフェース
    コンピュータと周辺機器の通信を整える仲介役
  • 入出力インタフェース
    コンピュータと周辺機器を接続するためのルール

インタフェースは仲介するモノを意味した言葉で、その中に入出力インタフェースという接続のルールということになります。

そのため、大きな大差はないが大項目と中項目と認識しておけば問題ありません

インタフェース2種類のデータ転送方式

インタフェース2種類のデータ転送方式

入出力インタフェースは、コンピュータ本体と周辺装置との通信を整える役割を担当しています。

伝送方式

  • シリアルインタフェース(シリアル転送方式)
  • パラレルインタフェース(パラレル転送方式)

順番にそれぞれの特徴を詳しく見ていきましょう。

シリアルインタフェース(シリアル転送方式)

シリアルインタフェースとは、1ビット単位直列で転送していく方式です。

具体的には、一本の通信回路を使ってデータを1ビットずつ順番に伝送していき流れになります。
別名「直列伝送方式・シリアル転送方式」とも呼ばれます。

シリアルインタフェース(シリアル転送方式)

特徴としては、回線が少なく低コストで長距離の通信によく使われるところ。

パラレルインタフェース(パラレル転送方式)

パラレルインターフェースとは、複数のビット単位に並列で転送していく方式です。

具体的には、複数の通信回路を使うことで、データを一度に複数ビット伝送ができる方式になります。
別名「並列伝送方式・パラレル転送方式」とも呼ばれます。

パラレルインタフェース(パラレル転送方式)

特徴としては、回線数が複数あり高コストで高速な転送が可能なところ

転送方式では一般的に、パラレルインタフェースの方が高速です。しかし、現在の技術の進歩により1ビットずつ伝送してから複数ビットに組み立てたほうが確実に高速で伝送できるようになりました。

USB・シリアルATA」などのシリアルインタフェースでこの高速化技術が使われています。

伝送速度の単位の基礎知識を詳しく知りたい方は【コンピュータで扱う単位】情報量、時間、通信速度の単位~接頭辞の基礎をご覧ください。

代表的な入出力インタフェース7選

代表的な入出力インタフェース7選

インタフェースの種類はすごく多くため、よく使われる代表的なインタフェースを紹介していきます。

代表的な種類7選

  • リスト
  • USB
  • シリアルATA
  • HDMI(エイチディーエムアイ)
  • DVI(ディーブイアイ)
  • IrDA(アイアールディーエー)
  • Bluetooth(ブルートゥース)
  • ZigBee(ジグビー)

順番にそれぞれの特徴と役割を見ていきましょう。

①:USB(Universal Serial Bus)

USBは、コンピュータと周辺装置を接続する標準的なインタフェースです。

主に「マウス・キーボード・プリンター・デジタルカメラ」などを接続します。

USBでは、ハブを用いて最大127台までの機器を接続することが可能です。

USB(Universal Serial Bus)

規格は3種類に分かれており、それそれで転送速度が変わってきます。

  • ①USB1.1
    1998年1月に登場。最大転送速度は12Mbps
  • ②USB2.0
    2000年4月に登場。最大転送速度は480Mbps
  • ③USB3.0
    2008年11月に登場。最大転送速度は5Gbps
  • ④ USB3.1
    2013年7月に登場。最大転送速度は10Gbps
  • ⑤ USB3.2
    2017年9月に登場。最大転送速度は20Gbps

USBコネクタの違い

USBは、コンピュータ側と周辺機器側にUSBを挿し込みデータの転送を行います。

USBコネクタの形状タイプ

USBコネクタの形状タイプ

USBは接続されている機器の電源を入れたままで抜き差しができる「ホットプラグ機能」に対応しています。

また、USBケーブルを介してPCの本体から電源を供給する「バスパワー方式」も備えています。

この2つの機能のおかげで、ACアダプタが不要になり、配線の取り回しが容易になります。しかし、接続できるのは消費電力の小さい機器に限られます。

②:シリアルATA(SATA)

シリアルATAは、コンピュータとHDD、光ディスクを接続するシリアルインタフェースです。

具体的には、ATA仕様をシリアル転送方式に変更して高速化を図ったシリアルインタフェースです。別名「SATA」とも呼ばれます。

シリアルATA(SATA)

シリアルATAは、コンピュータや周辺機器に繋げると特別な設定はせずすぐに使える状態になります。この挿したらすぐに使える状態を「プラグ&プレイ」と言います。

シリアルATAが登場する前には、IDE(ATA)とゆう規格が存在していましたが、シリアルATAが登場してからはほとんど生産されていません。

ホットスワップ機能

シリアルATAは「ホットスワップ機能」とゆうものに対応しています。

ホットスワップ機能とは、接続されている機器の電源を入れたまま部品や機器の交換ができる仕組みのことです。

ホットスワップ機能

ホットスワップに対応していない機器や部品では、一旦機器の電源を落とし、他の部品や機器と着脱を行わないといけなくなります。

逆にホットスワップに対応していると、電源をつけた状態でもすぐに認識され使用可能になります。

無駄な時間を省いたイメージですね。

ちなみに、ホットスワップとは別にUSBで使われる「ホットプラグ」と呼ばれるものがあります。
同じ意味で認識している方もいますが、意味少しは違います。

ホットスワップとホットプラグの違い

  • ホットスワップ=電源を入れたまま交換
  • ホットプラグ=電源を入れたまま抜き差し

あまり大きな大差はありませんが、少し意味は違うので覚えておきましょう。

③:HDMI(High-Definition Multimedia Interface)

HDMIは、「映像・音声・制御信号」を1本のケーブルで入出力できるインタフェースです。

例えば、テレビで映画を見る時はハードディスクやブルーレイなどにDVDを入れると思います。

その時、ハードディスクとテレビが一本の線で繋がっています、それがHDMIです。

HDMI(High-Definition Multimedia Interface)

端子は通常のサイズのものと、スマートフォンなどに使われる「micro-HDMI」が存在します。PCやデジカメ、スマートフォンなどの映像や音声をTVに出力できます。

HDMIは、テレビの裏側などに差さっているケーブルとなります。

④:DVI(Digital Visual Interface)

DVIは、PCとディスプレイを接続するためのインタフェースです。

PC本体とディスプレイは一本のDVIケーブルで繋がっています。DVIのおかげでデスクトップPCなどはモニターを通して操作や作業をすることが出来ます。

DVI(Digital Visual Interface)

DVIには2種類のタイプがある

  • DVI-I デジタル信号とアナログ信号の両方に対応している規格。
  • DVI-D デジタル信号のみ対応している規格。

⑤:IrDA(Infrared Data Association)

IrDAは、赤外線による光無線でデータ通信を行う規格のことです。

IrDAに対応した機器同士であれば、赤外線ポートを向かい合わせるだけで通信が可能です。

IrDA(Infrared Data Association)

最大速度は4Mbpsで、ノート側PCや携帯情報端末、携帯電話でのデータ交換やプリンターへの印刷データ送信などに使われます。

IrDAは、Infrared Data Associationの略になっており、

  • Infrared(インフラレッド)=赤外線
  • Data(データ)=データ
  • Association(アソシエーション)=協会

上記のようなを意味し指し、アメリカの赤外線団体が作った規約になっています。

⑥:Bluetooth

Bluetoothは、電波を利用し近距離で無線通信のできるインタフェースです。

具体的には、2.4GHz帯の電波を利用し、半径数十mの範囲で最大50Mbps程度までの通信速度を実現する無線技術です。

Bluetooth

2.4GHz帯とは、特別な許可を取らなくても利用できる電波のことです。

指向性なく通信でき、ノート側PCや携帯情報端末、携帯電話でのデータ交換やプリンターへの印刷データ送信などに使われます。

身近なところでは、無線のマウスやキーボード、スマートフォン用のワイヤレスイヤホンやゲーム機器の無線コントローラなどに使用されています。

同時接続は最大7台ほど可能になっています。

⑦:ZigBee(ジグビー)

ZigBeeは、2.4GHz帯の電波を利用する近距離無線技術の1つです。

ZigBee(ジグビー)

Bluetoothとの違い

  • 電波の届く範囲は狭い
  • 通信速度も最大で250kbpsと遅い
  • 低コスト低消費電力
  • 65000台と同時接続可能

主に、エアコンやテレビのリモコンなどで利用されることが多いです

今回のまとめ&確認問題

○○については上記内容で以上となります。

それではまず今回の内容をまとめていきましょう。

まとめ

  • 入出力インタフェースは、コンピュータと周辺機器を接続する際の規格の総称
  • 転送方式には「シリアルインタフェース・パラレルインタフェースの2種類が使用されている。
  • USBは、もっとも標準の規格
  • シリアルATAは、HDDを接続する際の規格
  • HDMIは、モニターに一本のケーブルで入出力できる規格
  • DVIは、PCとディスプレイを接続する規格
  • IrDAは、赤外線で接続する規格
  • Bluetooth、2.5GHz帯の電波で接続する規格
  • ZigBee、2.4GHz帯の電波で接続する近距離無線の規格

今回の確認問題「アウトプット用」

確認問題

ハードウェア確認問題⑦

「次へ」で問題スタート!

①解説

【問題①】

Bluetoothの説明として、適切なものはどれか。

:1台のホストは最大127台のデバイスに接続することができる。
不正解× 公共の規格では最大7台です
:規格では、1,000m以上離れた場所でも通信可能であると定められている。
不正解× 最大100m程です
:通信方向に指向性があるので,接続対象の機器同士を向かい合わせて通信を行う。
不正解× 通信方向に指向性はない
:免許不要の2.4GHz帯の電波を利用して通信する。
正解◯

【解説】

Bluetoothは、電波を利用し近距離で無線通信のできるインタフェースです。

2.4GHz帯の電波を利用し、半径数十mの範囲で最大50Mbps程度までの通信速度を実現する無線技術です

つまり答えは「」となる。

②解説

【問題②】

HDMIの説明として、適切なものはどれか。

:映像,音声及び制御信号を1本のケーブルで入出力できるAV機器向けのインタフェースである。
正解◯
:携帯電話間での情報交換などで使用される赤外線を用いたインタフェースである。
不正解× IrDAの説明
:外付けハードディスクなどをケーブルで接続するシリアルインタフェースである。
不正解× USBの説明
:多少の遮蔽物があっても通信可能な,電波を利用した無線インタフェースである。
不正解× Bluetoothの説明

【解説】

HDMIは「映像・音声・制御信号」を1本のケーブルで入出力できるインタフェースです。

例えば、テレビで映画を見る時はハードディスクやブルーレイなどにDVDを入れると思います。

その時、ハードディスクとテレビが一本の線で繋がっています、それがHDMIです。

つまり答えは「」となる。

③解説

【問題③】

周辺機器をPCに接続したとき,システムへのデバイスドライバの組込みや設定を自動的に行う機能はどれか。

:オートコンプリート
不正解×
:スロットイン
不正解×
:プラグ&プレイ
正解◯
:プラグイン
不正解×

【解説】

周辺機器をPCに接続した時に、デバイスドライバの組込みや設定を自動的に行うインタフェースとしてシリアルATA(SATA)が挙げられます。

シリアルATAは、コンピュータや周辺機器に繋げると特別な設定はせずすぐに使える状態になります。

この挿したらすぐに使える状態を「プラグ&プレイ」と言います。

つまり答えは「」となる。

最後まで読んでいただきありがとうございました!

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また、質問や問い合わせに関しては、コメント欄かお問い合わせフォームを活用ください。

それではまたお会いしましょう。

黄島 成

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