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パソコンのインターフェース

デイトナ DAYTONA 93052 GIVI E226M FORZA MF10 HONDA フォルツァ

拡張スロットとは、マザーボードが装備しているスロットのことです。そこに拡張カードを搭載することでパフォーマンスアップができます。代表的な拡張スロットはPCI Express 規格で、グラフィックカードなどの拡張カードを搭載します。 オンボード機能では物足りないときに拡張するカードのスロットです。

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拡張スロットであるPCI Express 規格を説明する前に、オンボード機能の意味を知る必要があります。パソコンそのものが持っている機能は、まずマザーボードが実装する機能となります。半導体チップで直に付いているチップセットが基本になりますが、そのほかサウンドコントローラ、ネットワークコントローラなど様々なチップが挙げられます。また、マザーボードに直接つながっている端子など、すでに備わっている機能のことを「オンボード機能」といいます。そのため、マザーボード直結の端子を「オンボード端子」ともいいます。※ I/Oポートともいう。

マザーボードに直接つながっている端子(I/Oポート)では、チップセットのなかにそのI/Oコントローラーがあります。もし、そのチップセットが対応していないはずの端子が付いていたら、どこか別のところに専用のI/Oコントローラー・チップが取り付けられています。

内蔵グラフィック機能も昔はチップセットに内蔵されており、「オンボード・グラフィック」と呼ばれましたが、2010年ごろからCPUに内蔵されるようになりました。CPUは着脱できるため、オンボードという表現は聞かなくなり、内蔵GPUとかCPU内蔵グラフィックと呼ばれています。

拡張スロット(PCI Express)を使って、機能拡張!

オンボード機能は固定された機能ですが、もっと高度な機能にしたい場合は、拡張スロット(PCI Express スロット)に拡張カードを搭載することで機能を追加、またはパフォーマンスアップができます。(その場合、該当するオンボード機能は停止)。

拡張スロット(PCI Express)を使った機能拡張でメインとなるのは、グラフィックカードの搭載です。グラフィック処理能力の向上やモニタ出力端子の追加ができます。

こちらはインターフェースカードで拡張した例。拡張カードによるUSB3.0端子の追加です。そのパソコンを購入したとき市場になかった次世代端子を追加できます。古いパソコンの利用延命とも言えます。他にはネットワークカードやサウンドカードなどがありますが、旬なものであればオンボード機能より高性能なものとなります。(古い拡張カードだと、最新オンボード機能に劣る場合があるので注意)

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PCI Express スロット(略してPCIe)

拡張スロットの代表格が、PCI Express スロット(略してPCIe)であり、規格が策定されたのは2002年。2017年ごろになると、CPUとチップセットにそれぞれPCI Expressのコントローラーが内蔵されています。

PCI Expressは伝送路(レーン)を複数束ねていく構成になっています。上りと下りの信号を1セットにしたのが1レーンであり、その1レーンのスロットが「PCI Express × 1」です。レーンを束ねて行き、帯域を増加することが出来ます。そこで、「 × 4 」、「 × 8 」 PITWORK ピットワーク エアフィルター 三菱 (大型) 【 ファイターミニヨン/排気量 / KC-FH227GUN (ボトルカー) / 6D16/仕様/年式9701~9904】 エアエレメント 交換 部品 パーツ、「 × 16 」と長いスロットの種類があります。レーン数が多いほど高速転送が可能になります。

スロット形状で、レーンを判断しないように!

PCI Express は世代を重ねると少ないレーン数でも高速になっており、スロット形状とレーン数が一致しないパターンが現れます。例えば、「×16のスロット形状に ×8 」を実装しているなどです。(これはコストカットの理由だと思われます)。初期の頃は形状で判断して差し支えなかったのですが、今は注意が必要です。

例:このSLOT4ではスロット形状はx16だが、横に「PCIE X8」と記載されている。(一瞬、X8スロットの形状がオカシイと思ったが、システム上の速度を記載していたわけだ。)

他の例では、「x16のスロットが2つ並列しており、このスロットを両方使うとx8で動作する」というマザーボードも存在します。いずれも「形状だけで判断しない」ということです。

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PCI Express 規格 転送速度(片方向) 備考
Gen1
(ver 1.1)
PCI Express ×1(ver 1.1) 250MB/s 2002年に策定。2005年ごろにはAGPに代わる立場となる。WindowsではVistaから正式対応。
×16 だと 4,000MB/s
Gen2
(ver 2.0)
PCI Express 2.0 ×1 500MB/s 2007年~2008年ごろ登場。
×16 だと 8,000MB/s
Gen3
(ver 3.0)
PCI Express 3.0 ×1 1,000MB/s 2012年ごろ登場。
規格上最大32レーンまで束ねられる。
×16 だと 16,000MB/s

PCI Expressは世代を重ねバージョンアップするたびに、1レーンあたりの転送速度が向上しています。Gen3世代の「 ×4 」となると、Gen1の「 ×16 」と同じ転送速度です。Gen3世代の「 ×8 」となると、Gen2の「 ×16 」と同じ転送速度です。

もっとも高速転送が必要とされるのはグラフィックカードですが、かつては殆どがx16だけでした。しかし、Gen2~3世代になると、少ないレーンでも高速なので、「x8」のものがよく見られます。

備考

転送速度の表記には、片方向の場合と双方向の場合がある(双方向の表記では、片方向の倍)。例えば、PCI Express 2.0 の場合、X1の片方向で500MB/s、双方向で1GB/sとなる。

速度を出すためにはその世代に対応するグラフィックカードが必要。また、速度は別としてPCI Express自体の互換性はある。(例えば、Gen2のグラフィックカードを、Gen1のスロットに搭載しても、規格上では動作するようになっている。)

PCI Express カードのいろいろ

スロットに挿し込む接続端子部の長さを見れば、どのレーン数が把握できます。

一方、イレギュラーな例としてこんなのがあります。製品パッケージに記載がありますが、PCI Express x16サイズのグラフィックカードでありながら、システムはPCI Express x8のもの。このタイプが市場に出回る以前の古いパソコンでは動かない例もあります。

事例:DELL XPS 8300(2011年-SandyBridge)では、このGF-GT730-LE1GHD/D5(2015年購入)が動作しなかった。しかし、もっと古いInspiron 580(2010年-Nehalem)では動作確認。新旧様々なパソコンで転用するユーザーなら、避けたほうがよさそう。

大は小を兼ねる、PCI Express拡張カードの搭載

PCI Expressは伝送路(レーン)を複数束ねていく構造なので、レーン数の少ない拡張カードであれば、レーン数の多いスロットに搭載することができます。その逆はサイズが合わないので物理的に無理ですね。 つまり、PCI Express × 1の拡張カードであれば、どこのスロットにも挿せます。 (規格上では、このような使い方ができるようになっている)。この写真だと、PCI Express x16スロットにPCI Express x8のグラフィックカードを搭載している例。

PCI Express ×8とPCI Express × 16のグラフィックカードを重ねたところ。 接続端子部の切り欠き位置は同じで、後半ではレーン数が多いほど長くなります。

PCI Express スロットから給電と、補助電源の必要例

PCI Express × 16 スロットから給電できるのは75Wとされています。上記写真にあるようなローエンドのグラフィックカードなら、この電力内で動作します。しかし、ハイパフォーマンスなグラフィックカードでは、PCI Express x16スロットからの給電では足りません。補助電源が必要となります。

グラフィックカードの補助電源

電源ユニットから伸びているPCI Express電源コネクタをグラフィックカードに接続します。補助電源を忘れると、PC起動時に激しいビープ音が鳴って起動しません。

USB3.0インターフェースカードの補助電源

こんなPCI Express x1接続の、USB3.0インターフェースカードにも、補助電源(SATA電源コネクタ )を使う場合があります。ただのデータ通信では補助電源はいらないのですが、USB 3.0 端子には900mA(USB2.0の1.8倍、供給電圧は5V )の給電機能があります。そういった電源供給できる端子の場合、PCI Express スロットからの給電では電力不足になるためです。すでにパソコンに備わっているオンボード端子でも、すべてUSB3.0やUSB3.1にしないで、未だにUSB2.0端子が混在するのは、このような給電事情があるからと言われます。

占有するスロット

必ずしも 、ひとつの拡張カードにつき1スロットのスペースとは限りません。補助電源のいるようなミドルレンジ以上のグラフィックカードでは、2スロット分のスペースを占有します。物理的に1スロット分が使えなくなります。

パソコン背面から拡張スロットのパネル面が確認できます。拡張性の高いパソコンほど装備しているスロット数が多いですが、その分、筐体も大きくなります。

メーカーPCではコストダウンのため、スロット数を削減する傾向にあり、例えばPCケースの外装では4スロット分あってもマザーボードでは3スロット(1スロットにソケットが取り付けられていない)なんてこともあります。

PCI Express規格を転用した、拡張スロット

PCI Express規格を転用した拡張スロットとして、Mini PCI ExpressスロットとmSATA(Mini SATA)スロットがあります。両者ともコネクタ部分が共通ですが、信号形式は異なっています。互換性はありません。

Mini PCI Expressスロット

Mini PCI Expressスロットでは、主にハーフサイズの無線LANカードが搭載されます。 いわばPCI Expressスロットの小型版。PCI-Express Mini Card スロットとも呼ばれます。(2015年ころには、次世代であるM.2に置き換わっている)

mSATA(Mini SATA)スロット

mSATAスロットでは、主にmSATA SSDが搭載されます。ストレージであるSSDが配線不要で搭載できるメリットがあります。Mini PCI Expressスロットと端子形状が同じですが、信号形式は異なっています。拡張カードを搭載するときは確認が必要です。

※当方のレビューでは、DELL XPS 8700(2013年-Haswell)が最後の目撃例となった。後継機のXPS 8900(2015年-Skylake)から次世代のM.2 スロットに置き換えられている。PCI-Express Mini Card スロットも同様。

M.2 スロット

M.2規格は、mSATAの後継として開発されたスロット。伝送方式には「PCI Express 3.0、SATA 3.0、USB 3.0」の互換性を持っています。接続がSATA3.0では「転送速度600MB/s」までのボトルネックがありましたが AUTO COUTURE ハイエース KDH200 ワイドボディ Seraphic Line Front grille (フィンタイプ)(H17~) 塗装済み、M.2によってPCI Express ネイティブ接続が可能となり、SSDの性能を引き出せる環境となりました。

SATA接続と、PCI Express接続の違いに注意!

ただし、M.2スロットでは、「 SATA接続 」の場合と「 PCI Express 接続 」の場合があり、スロットが同じでも各インターフェースによってそれぞれ転送速度が異なることに留意しないといけません。以下の調査結果を参考にしてください。

2016年の当サイト・パソコンレビューにおける、SATA接続とPCI Express接続のパフォーマンスの違い。シーケンシャルリードでは3倍くらい速度が違う。PCI Express接続ではSSDによっては3000MB/sというのもある。

【基礎知識 : M.2 SSDについて
【 過去PCと比較 : SSD / HDD 各規格・接続による、ストレージ・パフォーマンス

Express Cardスロット

一部のノートパソコンには拡張機能としてExpress Cardスロットが装備されています。
Express CardスロットにExpress Cardを差し込むことで、機能拡張することができます。例えば、「購入したにはIEEE1394が付いていなかった。」「USB端子がもっとほしい。」となったら 18インチ サマータイヤ セット【適応車種:CT(ZWA10 Fスポーツ)】WORK エモーション M8R グリミットブラック 7.5Jx18LEMANS V LM5 215/40R18、Express Card規格のインターフェース・カードを購入すれば増設できるのです。インターフェース・カード以外にも、ワンセグチューナーやワイヤレス通信など種類は様々で、機能を拡張することができます。


幅34ミリのExpress Card/34、サイズ幅54ミリでL字型のExpress Card/54があります。Express Card/54では54ミリと34ミリの両カードが使えますが、Express Card/34スロットは34ミリのみとなります。

Express Cardは、USB 2.0とPCI Express規格をベースに作られています。似たような拡張カードに「PCカード」がありますが、PCカードはPCI規格をベースに作られているため、Express Cardと互換性がありません。

PCカード、CardBusについて

Express Card以前に使われていた規格が、PCカードおよびCardBusです。まず、ISAがベース(16bit)の PC カードが登場し、その後継で登場したのがPCIがベース(32bit)のCardBusです。

CardBusではPCカードと互換性を持っていたため、市場ではどちらもPCカードの総称で通っていますが、厳密にはバス規格が違うため別物です。※CardBusであれば、意識せずともPCカードが使えたので、そのままPCカードと呼んできたのでしょう。USB 2.0とPCI Express規格をベースに作られているExpress Cardとは、互換性がありません。。

旧式の拡張スロット

PCI Expressスロットがメインとなる前まで使われていた拡張スロットに、AGPスロット(Accelerated Graphics Port )とPCIバス・スロットがあります。AGPスロットにはグラフィックカード、PCIバス・スロットにはインターフェースカードなどが搭載されました。

カード型インターフェース バス規格 bit数 カード部の厚み
PCカード
※古くはPCMCIAカードと呼ばれた
※PCカードスロットにCardBusは使えない
ISAがベース 16 bit Type I (3.3mm)
Type II (5mm)
Type III (10.5mm)
CardBus
※PCカードとの互換性を持つ
PCIがベース 32 bit
旧式の規格 転送速度 備考
PCI(32bit/33MHz) 133MB/s PCIやAGPはPCI Express以前からある拡張スロット。
2005年ごろから淘汰され始めた。
PCI(64bit/66MHz) 533MB/s
AGP 1X 266MB/s
AGP 2X 533MB/s
AGP 4X 1,066MB/s
AGP 8X 2,133MB/s

AGPとPCIバスの転送速度は、上記の通り。

AGP(Accelerated Graphics Port)

後継規格のPCI Expressが実用化されるまで主流だった、AGP(Accelerated Graphics Port )。 グラフィックカード用として使われました。初登場は1997年ごろで、バージョンがAGP 3.0までリリースされましたが、転送速度の限界に達したため、2005年ごろにはPCI Express規格へほぼ置き換えられました。

PCI Express × 16対応グラフィックカードとでは、AGPと切り欠き位置が異なるので、誤って搭載するミスはありません。(上記写真で途中で切れているのが、PCI Express x16のグラフィックカード)。

PCIバス(Peripheral Component Interconnect)

PCI Express規格以前では、グラフィックカード以外の拡張カードで使われてきたのがPCIカード(ちなみに写真はSCSIのPCIカード)。登場したのは1992年ごろで、2003年にはPCI 3.0までバージョンアップ。PCI拡張カードが市場でしばらく出回っていた経緯があり 【送料無料】 185/65R15 15インチ PANASPORT パナスポーツ フォーミュラワン/FFP 6J 6.00-15 DUNLOP ダンロップ エナセーブ EC204 サマータイヤ ホイール4本セット【DUsum18】、PCI Expressが主流になっても並行して実装されていました。なお、当サイトのDELLパソコンレビューでは、2011年ごろから見かけなくなりました。PCI の立場は、PCI Express×1を中心に代わられています。 PCI Expressとは切り欠き位置が異なるので間違うことはありません。

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